Bagaimana LED dianggap efisien?

Saya selalu menemukan sirkuit yang mengandung LED sulit dimengerti, mohon bersabar. Saya tahu kebanyakan orang merasa mudah, tetapi saya bingung dengan mereka sehingga beberapa asumsi saya mungkin tidak benar, mohon koreksi saya jika itu masalahnya.

Jadi pada pertanyaan: Karena LED, setelah semua, dioda, mereka pada dasarnya bertindak sebagai konduktor dengan tegangan maju, kan? Itulah sebabnya kita membutuhkan resistor pull-down untuk mengatur arus yang mengalir melalui rangkaian.

Sebagai contoh, katakanlah kita memiliki LED dengan Vf 2 V dan arus operasi 20 mA. (Saya pikir angka-angka itu masuk akal kan? Sekali lagi, jika tidak, tolong beri tahu saya.) Dan catu daya kami adalah 4V konstan. Ini berarti kita membutuhkan resistor untuk menggambar 20 mA pada 2 V, jadi itu akan menjadi resistor 100,, dengan 40 mW melewatinya. Itu adalah penggunaan daya yang sangat kecil, tetapi setengah dari daya yang disalurkan terbuang melalui panas. Jadi dalam hal ini, bukankah efisiensi kasus terbaik 50%? Yang tidak benar-benar efisien dalam hal pasokan listrik DC, saya akan berpikir.

Jadi, ketika orang merujuk pada efisiensi tinggi LED, apakah mereka merujuk pada fakta bahwa LED sendiri mengubah daya yang mereka gunakan menjadi cahaya secara efisien, atau apakah itu dianggap efisien bahkan setelah mempertimbangkan efisiensi 50% max wall plug?

Atau hanya karena saya telah memberikan contoh yang kebetulan merupakan desain sirkuit mengerikan yang tidak akan pernah ditemukan dalam aplikasi produksi?

led efficiency power-dissipation

— pengguna3052786
sumber

kita perlu resistor pull-down ? Tidak, kami tidak. Kami membutuhkan resistor seri . Efisiensi tinggi berarti bahwa rasio daya keluaran terhadap daya input tinggi. Output dari LED adalah cahaya. Input adalah daya listrik. Itu dia.

— Eugene Sh.

Mereka merujuk pada bola lampu pijar sebagai referensi. Bahkan efisiensi 5% benar-benar masalah besar, jika alternatif yang Anda ganti adalah 1% efisien.

— PlasmaHH

Lihat artikel wikipedia en.wikipedia.org/wiki/Luminous_efficacy . Selain itu, lupakan resistor dan cari catu daya arus konstan. Tidak ada resistor tetapi loop umpan balik saat ini sebagai gantinya.

— Menang

LED itu sendiri adalah konverter yang lebih efisien dari energi listrik menjadi cahaya daripada bola lampu pijar. 'Lampu' LED komersial tidak menggunakan resistor sederhana untuk memberi daya pada LED mereka, mereka menggunakan catu daya mode sakelar yang tidak mengubah semua 'voltase jatuh' menjadi panas.

— brhans

@ superupat: Maka Anda jarang berada di luar di malam hari. Semuanya berwarna kuning di sana, karena lampu natrium seefisien LED.

— PlasmaHH

Jawaban:

Anda tampaknya menjadi bingung antara efisiensi LED dan efisiensi sirkuit untuk menggerakkan LED.

Dalam hal output cahaya per unit energi yang digunakan oleh LED mereka adalah cara yang efisien untuk menghasilkan cahaya. Secara absolut mereka tidak hebat, mereka sekitar 10% ^[1] efisien dalam hal itu namun itu masih jauh lebih baik daripada ~ 1-2% dari bola lampu pijar konvensional.

Tapi apa daya yang terbuang dalam resistor. Sebuah resistor seri adalah cara paling sederhana untuk menggerakkan LED, itu jauh dari satu-satunya cara untuk melakukannya.

Bahkan menempel pada sebuah resistor, bagaimana jika kita menempatkan 20 LED 2V Anda secara seri dan memasoknya dengan 45V? Sekarang Anda menggunakan 45 * 0,02 = 900mW dimana 800mW masuk ke LED dan hanya 100mW (11%) yang digunakan oleh resistor seri.

Tetapi kita dapat membuatnya lebih efisien, alasan untuk resistor adalah bahwa LED membutuhkan arus konstan dan sebagian besar elektronik dirancang untuk memasok tegangan konstan. Cara termudah untuk mengkonversi dari satu ke yang lain (dengan asumsi beban konstan) adalah dengan melemparkan resistor seri.

Anda bisa mendapatkan catu daya arus konstan. Jika Anda menggunakan salah satu dari mereka untuk menggerakkan LED Anda maka resistor dapat dihilangkan dan Anda bisa mendapatkan efisiensi lebih dari 90% dari total daya sistem Anda masuk ke LED.

Untuk proyek rumahan atau indikator sederhana pada sinyal, sebuah resistor jauh lebih murah dan sederhana, tetapi jika Anda mengendarai banyak LED maka pilihan logisnya adalah membayar sedikit lebih banyak, memiliki sirkuit yang sedikit lebih kompleks dan menggunakan konstanta khusus IC driver LED saat ini.

Seperti disebutkan dalam komentar, 10% adalah rata-rata yang baik untuk penerangan rumah tangga saat ini dan mungkin juga tepat untuk LED komoditas murah menggunakan proses yang lebih lama. Bagian warna tunggal yang lebih baru dapat mencapai tingkat efisiensi yang jauh lebih tinggi.

— Andrew
sumber

Entah bagaimana saya berpikir modern, non-fosfor (satu warna) LED adalah sekitar 25 hingga 35% efisien. Bisakah Anda menambahkan tautan untuk perkiraan efisiensi daya 10% itu? Jawaban bagus btw!

— uhoh

Angka 10% adalah perkiraan kasar dari memori daripada angka keras. Lihat sekilas di sini en.wikipedia.org/wiki/Luminous_efficacy#Lighting_efficiency akan menunjukkan bahwa untuk pencahayaan rumah tangga 10% adalah angka yang masuk akal untuk produk akhir. Yang akan menyiratkan bahwa LED warna tunggal efisiensi tinggi bisa berada di wilayah ~ 30% jika Anda hanya melihat LED dan bukan elektronik pendukung. Saya akan memperbarui jawabannya.

— Andrew

Tempat sampah LED fosfor putih terbaik yang ada di pasaran mencapai> 50% dari input energi dan menjadikannya sebagai cahaya. Di atas 200 lumen / Watt output.

— Russell McMahon

@RussellMcMahon Apakah Anda punya sumber untuk itu? Wikipedia akan menunjukkan bahwa efisiensi 100% adalah sekitar 680 lm / W yang berarti bahwa 200 lm / W adalah sekitar 30% tidak> 50%. Namun demikian lebih dari 50% dari efisiensi maksimum teoritis. Walaupun wikipedia bukanlah sumber yang pasti, namun lebih baik daripada tidak sama sekali.

— Andrew

@Andrew - lihat jawaban saya. Pada dasarnya - peringkat lumen adalah rtesponse mata manusia tertimbang. 683 l / w maks. HANYA pada 555 nm.

— Russell McMahon

Efisiensi LED mengacu pada seberapa efisien LED. Ini tidak ada hubungannya dengan seberapa efisien atau tidaknya sirkuit mengemudi.

Dalam banyak kasus, efisiensi rangkaian LED secara keseluruhan tidak banyak masalah. Jika LED hanya digunakan sebagai indikator, itu adalah daya rendah di tempat pertama. LED hijau khas turun 2,1 V dan cukup terang untuk digunakan indikator pada 20 mA. Itu 42 mW daya masuk ke LED. Sekalipun tambahan 50 mW hilang dalam sirkuit yang menggerakkan LED, konsumsi daya total masih tidak penting dalam banyak kasus.

Dalam beberapa aplikasi berdaya rendah, 100 mW dapat menjadi sejumlah besar daya. Dalam kasus seperti itu, lebih banyak kehati-hatian akan diambil dalam rangkaian selain dari resistor seri yang murah dan sederhana untuk beberapa suplai berguna. Berbagai trik termasuk menggunakan LED dengan efisiensi yang lebih tinggi dan menjalankannya pada arus yang lebih rendah, menggunakan pasokan yang hanya sedikit di atas tegangan LED, menyesuaikan antarmuka pengguna sehingga kedip atau mematikan LED pada waktu itu dapat diterima, dan efisiensi tinggi catu daya konstan saat ini untuk menggerakkan LED.

Efisiensi juga penting dalam aplikasi daya tinggi, seperti pencahayaan. Dalam kasus seperti itu, lebih banyak usaha dan biaya produksi dimasukkan ke dalam elektronik untuk meminimalkan daya tambahan yang dihamburkan di luar LED. Seringkali alasan utama untuk memaksimalkan efisiensi bukan karena tidak membuang-buang tenaga karena tidak harus berurusan dengan panas yang disebabkan oleh daya yang terbuang.

— Olin Lathrop
sumber

Selain itu, banyak aplikasi pencahayaan memiliki efisiensi LED dibandingkan dengan efisiensi lampu pijar dan CFL. LED masih bisa dikatakan memiliki efisiensi tinggi bahkan jika mereka tidak terlalu, jika mereka tetap lebih efisien daripada alternatif. Yang saya percaya adalah kasus dengan margin yang cukup besar (terutama dalam kasus lampu pijar.

— KRyan

Mereka tidak jauh lebih efisien daripada lampu CFL. Namun, kualitas cahaya jauh lebih baik. Fokus IMO terlalu banyak adalah pada efisiensi produksi cahaya dan terlalu sedikit pada kualitas (spektrum, CRI) cahaya. Efek dari kualitas cahaya yang buruk adalah menyebabkan pemilik rumah memilih kuantitas yang kualitasnya kurang. Saya mencari lampu LED dengan CRI> = 95, yang hampir sebagus lampu pijar halogen. LED ini sedikit kurang "efisien" daripada yang berperingkat CRI> = 80, tetapi saya menemukan bahwa kualitas cahaya yang jauh lebih baik berarti saya senang dengan pencahayaan watt yang lebih sedikit.

— nigel222

BTW, di depan CRI, lampu LED CRI tinggi juga harganya jauh lebih mahal daripada murah CRI> = 80 lampu. IMO mereka layak setiap sen.

— nigel222

Efisiensi LED pencahayaan adalah efisiensi sistemnya, biasanya dinyatakan dalam Lumens per Watt. Tidak masalah apakah panas limbah berasal dari driver atau chip LED atau filter koreksi CRI di depannya.

— nigel222

Hanya titik data: Nampan teratas LED fosfor putih terbaik di pasaran mencapai> 50% dari input energi dan menjadikan cahaya. Di atas 200 lumen / Watt output.

— Russell McMahon

Pertanyaannya adalah seberapa efisien LED yang sebenarnya adalah yang baik, tetapi jawabannya lebih kompleks dari yang mungkin diharapkan. Kemampuan pencahayaan biasanya dinyatakan dalam "lumens".

Efisiensi LED biasanya dinyatakan dalam hal baik

output energi cahaya atau
kemampuan penerangan

per unit input energi.

Untuk output lumen yang diberikan, efisiensi biasanya dinyatakan dalam lumen per Watt (l / W) atau dalam output energi cahaya per Watt W / W). Angka pertama lebih berguna dalam aplikasi penerangan praktis, tetapi yang kedua lebih bermakna dalam hal efisiensi konversi energi.

Jika lumens dan energi cahaya memiliki hubungan tetap maka penentuan efisiensi akan menjadi sederhana. Namun, apa yang ditunjukkan oleh sosok lumen dalam hal "energi cahaya" bervariasi dengan komposisi spektral cahaya.

Lumens dinyatakan dalam bentuk kurva respons teoretis mata manusia. Jumlah energi cahaya yang sama akan menghasilkan jumlah lumen yang berbeda karena panjang gelombang cahaya atau campuran panjang gelombang bervariasi. Sebagai akibatnya, panjang gelombang atau panjang gelombang sumber memainkan peranan penting dalam lumens yang dihasilkan per input energi.

Pada akhir gelombang pendek dari spektrum terlihat (tidak cukup UV) sensitivitas mata sangat rendah, sehingga lumens / Watt rendah - begitu banyak sehingga biasanya mengutip harga dari sumber biru tua dan "Royal Blue" dalam hal mW / W (energi cahaya per energi listrik). Ini sangat berguna sebagai rangkaian LED yang mencakup fosfor-kurang dan LED berbasis fosfor memungkinkan beberapa perbandingan dibuat. Sebagai contoh, "top flux bin" dari Cree Royal Blue XT-E LED ketika dioperasikan pada Vf = 2.85V dan If = 350 mA menghasilkan 613 mW khas (600, 613, 625 mW min / typ / max) pada panjang gelombang dari 465 Nm.
Itu sama dengan efisiensi konversi listrik ke cahaya 60.2% / 61.5% / 62.7% min / typ / max.
Lihat halaman 19 lembar data Cree XT-E kanan atas - XTEARY-00-0000- 000000Q01

Versi fosfor putih teratas dari LED yang sama menghasilkan 180 lumen pada 25C pada 2.77V, 350 mA = 970 mW DC atau 186 lumen / Watt.

JIKA energi cahaya dari Royal Blue & White LEDS sama maka LED putih akan memiliki angka 100% l / W 186 / 61,5% = 302 l / W pada efisiensi 100%. Namun, output cahaya tidak identik (cukup) seperti pada LED putih, sebagian dari lampu biru die LED digunakan secara langsung dan sisanya mengeluarkan fosfor dengan kehilangan efisiensi konversi cahaya / cahaya.

Seperti telah dicatat, Wikipedia (dengan benar) menyatakan bahwa angka teoritis l / W maksimum adalah 683 l / W.
Bagaimana ini dapat direkonsiliasi dengan klaim bahwa 100% efisiensi LED putih adalah ~ = 300 l / W - dan fakta bahwa berbagai produsen sekarang membuat LED putih dengan efisiensi> 300 l / W?

Jawabannya terletak pada fakta yang berguna tetapi misterius (atau misterius tapi berguna) bahwa peringkat lumen terkait dengan respons mata. Sensitivitas mata maksimum terjadi pada panjang gelombang 555 nm. Efisiensi maksimum yang dimungkinkan dalam l / W dapat dicapai dengan sumber monokromatik pada 555 nm. SETIAP sumber lain, panjang gelombang monokromatik atau multi, akan memiliki angka l / W teori 100% yang lebih rendah.

Sumber cahaya putih "ideal" adalah radiator tubuh hitam pada 5800k dengan spektrumnya terpotong hingga kisaran 400-700 nm dan memiliki efisiensi maksimum 251 l / W !!!!

Dengan membuat berbagai penyesuaian untuk mempertahankan cahaya "putih" sementara mengubah% dari berbagai panjang gelombang meningkatkan efisiensi putih dapat dicapai. Tubuh hitam 2800k terpotong secara asimetris untuk mencapai CRI 95 memiliki efisiensi teoritis 370 l / W max.

Tapi tunggu - masih ada lagi, tapi, nanti mungkin.
Saya akan kembali dan menambahkan sumber dan lebih detail, tetapi yang di atas menunjukkan bahwa jawabannya lebih sulit daripada pertanyaan, dan menunjukkan bahwa dalam energi yang sebenarnya keluar per energi dalam hal LED modern top mencapai efisiensi konversi energi> 50%.

Lebih banyak anon - cahaya pudar - pekerjaan rootop mengisyaratkan ...

Referensi WIP

https://en.wikipedia.org/wiki/Luminous_efficacy

Analisis tentang Efisiensi Luminous Dioda Pemancar Cahaya Konversi-Fosfor

https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode#Efficiency_and_operational_parameters

http://www.hi-led.eu/wp-content/themes/hiled/pdf/led_energy_efficiency.pdf

http://www.philips.com/consumerfiles/newscenter/main/design/resources/pdf/Inside-Innovation-Backgrounder-Lumens-per-Watt.pdf

2014 http://www.forbes.com/sites/peterdetwiler/2014/03/27/leds-will-get-even-more-efisien-cree-passes-300-lumens-per-watt/#258823b870b4

http://www.cree.com/News-and-Events/Cree-News/Press-Releases/2014/March/300LPW-LED-barrier

Berguna:

http://boards.straightdope.com/sdmb/showthread.php?t=719499

— Russell McMahon
sumber