ỨNG DỤNG ĐÈN LED

Chia sẻ: Dam Thuan Hai | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:65

Thêm vào BST

Báo xấu

652
lượt xem 298
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐÈN LED I. Mở đầu: 1.1. Lịch sử phát triền công nghệ chiếu sáng: - Từ xa xưa, người tiền sử sử dụng những ngọn đèn thô sơ để chiếu sáng hang động của mình. Những đèn đó làm từ những vật liệu sẵn có như đá, vỏ cây, sừng thú vật chứa mỡ và ngọn bấc. Thông thường sử dụng mỡ động và thực vật. Con người chủ yếu tạo ra ánh sáng từ lửa mặc dù đây là nguồn nhiệt nhiều hơn ánh sáng. Ở thế kỷ 21, chúng ta vẫn đang sử dụng nguyên tắc đó để...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: ỨNG DỤNG ĐÈN LED

MỤC LỤC CHƯƠNG I CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐÈN LED I. Mở đầu: 1.1. Lịch sử phát triền công nghệ chiếu sáng: - Từ xa xưa, người tiền sử sử dụng những ngọn đèn thô s ơ đ ể chi ếu sáng hang động của mình. Những đèn đó làm từ những vật liệu sẵn có như đá, vỏ cây, sừng thú vật chứa mỡ và ngọn bấc. Thông thường sử dụng mỡ động và thực vật. - Con người chủ yếu tạo ra ánh sáng từ l ửa m ặc dù đây là ngu ồn nhi ệt nhiều hơn ánh sáng. Ở thế kỷ 21, chúng ta vẫn đang sử dụng nguyên tắc đó để sản sinh ra ánh sáng và nhiệt qua loại đèn nóng sáng. Trong vài th ập kỷ gần đây, các sản phẩm chiếu sáng đã trở nên tinh vi và đa dạng hơn nhiều. - Theo ước tính, tiêu thụ năng lượng của vi ệc chi ếu sáng chi ếm kho ảng 20 – 45% tổng tiêu thụ năng lượng của một toà nhà th ương m ại và kho ảng 3 – 10% trong tổng tiêu thụ năng lượng của một nhà máy công nghiệp. Hầu h ết những người sử dụng năng lượng trong công nghiệp và thương mại đều nhận thức được vấn đề tiết kiệm năng lượng trong các hệ thống chiếu sáng. - Thông thường có thể tiến hành tiết kiệm năng lượng m ột cách đáng k ể chỉ với vốn đầu tư ít và một chút kinh nghiệm. Thay thế các loại đèn h ơi thuỷ ngân hoặc đèn nóng sáng bằng đèn halogen kim loại hoặc đèn natri cao áp s ẽ giúp giảm chi phí năng lượng và tăng độ chiếu sáng. - Tuy nhiên, trong một số trường hợp, cần phải xem xét việc s ửa đ ổi thi ết kế hệ thống chiếu sáng để đạt được mục tiêu tiết kiệm như mong đợi. Cần hiểu rằng những loại đèn có hiệu suất cao không ph ải là y ếu t ố duy nh ất đảm bảo một hệ thống chiếu sáng hiệu quả. 1.2. Điện cho chiếu sáng: Điện tiêu thụ cho chiếu sáng toàn cầu 60GW/năm (2650 TWh/năm). + Chiếm 19% tổng điện tiêu thụ toàn cầu (VN: 25,3%). + Khoảng 24 GW/năm cho sử dụng đèn sợi đốt với hiệu suất phát quang chỉ có 15lm/W. + Khoảng 36 GW/năm cho sử dụng đèn FL/HID hiệu suất phát quang trung bình 75lm/W. GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 1
+ Để thắp sáng như hiện nay trên toàn thế giới, mỗi năm các nhà máy đi ện đã thải ra 1.900 nghìn tỷ tấn khí CO2, lớn gấp 3 lần lượng khí CO2 do máy bay trên toàn thế giới thải ra, bằng 70% lượng khí CO2 do toàn bộ xe ô tô thải ra trong 1 năm. + Năng lượng (energy - efficient lighting): nâng cao phẩm chất của ánh sáng, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. 1.3. Yêu cầu chiếu sáng + Chiếu để mà sáng (lighting for light): những nỗ lực tìm ki ếm nh ững nguồn sáng tự nhiên để xua đi bóng tối. + Chiếu sáng tiện ích (high-benefit lighting), chiếu sáng hiệu quả. II. Các loại đèn. 2.1. Đèn sợi đốt (GLS) - Là loại đèn có dây tóc làm việc trên cơ sở bức xạ nhiệt. - Dây tóc bóng làm bằng sợi vomfram chịu được nhiệt độ cao. - Khi dòng điện đi qua sợi dây tóc, dây tóc nóng lên, nhi ệt độ càng cao thì ánh sáng chuyển về vùng nhìn thấy càng rõ phát quang. GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 2
- Nhiệt độ dây tóc lên đến 3000độ, trong bóng ch ứa khí trơ ho ặc chân không để làm chậm quá trình bay hơi nhưng lại làm tăng tổn thất nhiệt. Giản đồ năng lượng:  10% vùng ánh sáng nhìn thấy. - 20% tổn thất nhiệt và đối lưu. - 70% bức xạ hồng ngoại. - Hình 2. Đèn sợi đốt và sơ đồ năng lượng của đèn sợi đốt. GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 3
Đặc Điểm Ưu điểm Nhược điểm + Hiệu suất – 12 + Nối trực tiếp vào + Hiệu quả phát sáng lưới điện mà không cần thấp, năng lượng tản ra lumen/Oát + Chỉ số hoàn màu – 1A thiết bị phụ nào. môi trường lớn. + Nhiệt độ màu – Ấm + kích thước nhỏ. + Quang thông, tuổi thọ + sử dụng dơn giản, phụ thuộc vào điện áp (2.500K – 2.700K) +Tuổi thọ của đèn – 1 – bật sáng ngay. nguồn. 2.000 giờ + Chỉ số hoàn màu tốt, xấp xỉ 100. + Giá thành rẻ. + Tạo màu sắc ấm áp, không gây nhấp nháy. 2.2. Đèn Halogen-Vonfam - Đèn halogen là một loại đèn nóng sợi đốt. - Loại đèn này có dây tóc bằng vonfam giống như đèn sợi đốt, tuy nhiên bóng đèn được bơm đầy bằng khí halogen. - Nguyên tử vonfam bay hơi từ dây tóc nóng và di chuy ển v ề phía thành mát hơn của bóng đèn. - Nhiệt độ ở thành bóng giữ cho các nguyên tử vonfam oxyhalogen ở dạng hơi. GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 4
Hình 33- Đèn halogen vonfam. Đặc điểm Ưu điểm Nhược điểm + Hiệu suất – 18 lm/W. + Gọn hơn. + Giá cao hơn. + Chỉ số hoàn màu – +Tuổi thọ dài hơn. + nhiều tia hồng ngoại + Sáng hơn. hơn. 1A. + Nhiệt độ màu – Ấm + Ánh sáng trắng hơn + Nhiều tia cực tím hơn. (nhiệt độ màu cao hơn). + Khó cầm giữ. (3.000K- 3.200K). + Tuổi thọ của đèn – 2 – 4.000 giờ. 2.3. Đèn huỳnh quang Đèn philips. 2.3.1. Đặc điểm cấu tạo: GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 5
- Đèn huỳnh quang có cấu tạo gồm hai bộ phận chính đó là ống tuýp đèn và hai điện cực ở hai đầu. - Ống được hút chân không, bên trong có một chút thủy ngân, khí argon hay neon. - Mặt bên trong ống được tráng một lớp huỳnh quang tức là bột phốt pho. - Ống có hai điện cực ở hai đầu, được nối với mạch điện xoay chiều. - Chấn lưu được mắc nối tiếp với hai đầu điện cực. - Tắc te được mắc song song với hai đầu điện cực. Bản chất của nó là m ột tụ điện dùng rơle nhiệt lưỡng kim, bên trong chứa khí neon. 2.3.2. Nguyên lý hoạt động: - Đèn huỳnh quang là dạng đèn phóng điện trong môi trường khí. Sự phóng điện trong môi trường khí không giống như trong dây dẫn, sự phóng điện trong ống đòi hỏi phải có một hiệu điện thế hay điện áp ban đầu đ ủ l ớn gi ữa hai cực. Do vậy, bóng đèn cần phải mồi phóng điện nhờ hai bộ ph ận là ch ấn lưu và tắc te (starter). + Chấn lưu: Chấn lưu được mắc nối tiếp với hai đầu điện c ực, có tác dụng điều chỉnh và ổn định tần số của dòng điện. Nó là một cuộn dây cảm kháng có tác dụng duy trì độ tự cảm tức để điện áp trên bóng luôn kho ảng t ừ 80 -140V. + Tắc te: Tắc te được mắc song song với hai đầu điện c ực. B ản ch ất c ủa nó là một tụ điện dùng rơle nhiệt lưỡng kim, bên trong ch ứa khí neon. Khi có dòng điện đi qua, hai cực của nó tích điện đến một mức nào đó thì phóng điện. Nó có tác dụng khởi động đèn ban đầu. - Khi bật công tắc, lúc này điện áp giữa hai đầu cực là 220V ch ưa đủ lớn để phóng điện. Khi đó, vì tắc te mắc song song với bóng đèn nên nó cũng có GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 6
điện áp là 220V và đóng vai trò như con mồi sẽ phóng điện khiến hai mạch của nó nóng lên chạm vào nhau khép kín mạch điện. - Tuy nhiên, sau một lúc nó sẽ bị nguội đi và co l ại gây h ở m ạch đ ột ng ột. Khi đó cuộn chấn lưu sẽ bị mất điện áp và sẽ sinh ra một su ất đi ện đ ộng chống lại sự mất của dòng điện ban đầu. Lúc này trên hai điện cực của đèn có điện áp bằng tổng điện áp trên chấn lưu cộng với điện áp đầu vào là 220V gây ra một tổng điện áp khoảng 350V đến 400V giữa hai điện cực bóng đèn (tùy vào đèn bị lão hóa, đen đầu nhiều hay ít). Khi đó, nó s ẽ t ạo thành m ột nguồn điện cao nung nóng dây tóc bóng đèn, hiện tượng hồ quang điện như đã giải thích ở trên sẽ xảy ra và đèn phát sáng. Nếu đèn chưa cháy thì tắc te sẽ phải khởi động vài lần gây nên hiện tượng “chớp tắt” mà chúng ta th ường thấy. - Đồng thời, khi đèn đã sáng lên, chấn lưu lại có nhiệm vụ giảm đi ện áp lên bóng đèn, duy trì ở mức 80 - 140V tùy theo từng loại đèn. Tắc te lúc này không còn tác dụng vì điện áp đặt lên hai đầu tắc te nh ỏ h ơn đi ện áp hoạt động của nó và đèn sáng liên tục. - Sử dụng chấn lưu điện từ có ưu điểm là rẻ tiền, dễ lắp ráp sửa ch ữa, tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là khởi động chậm, hay khó khởi động khi giảm áp lưới điện. Hình 4a. Đèn huỳnh quang. Hình 4b.Sơ đồ dòng năng lượng của đèn huỳnh quang. Giản đồ dòng năng lượng:  25% bức xạ nhìn thấy. - 45% tổn thất nhiệt và đối lưu. - 30% bức xạ hồng ngoại. - 2.3.3. Một số bóng đèn huỳnh quang thường dùng: GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 7
Hiệu Nhiệt Chỉ Điện s u ất Công Quang Dòng Chủng độ Số Ánh suất điện Áp thông phát loại sáng màu Màu (W) (V) (lm) sáng (mA) (K) (Ra) (lm/W) TL-D Warm 3000 18 59 1350 75 360 83 18W/83 white 0 TL-D Cool 4000 18 59 1350 75 360 82 18W/84 white 0 TL-D Cool 6500 18 59 1275 70 360 80 18W/84 Daylight 0 TL-D Warm 3000 36 103 3350 93 440 83 36W/83 white 0 TL-D Cool 6500 58 111 4800 83 670 80 58W/86 Daylight 5 GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 8
Ưu điểm Nhược điểm + Chỉ số màu cao + Ánh sáng không liên tục + Độ quang thông cao và ổn định + Cần có chấn lưu + tiết kiệm năng lượng + Hiệu suất sáng phụ thuộc vào nhiệt + tuổi thọ cao: khoảng 8000h độ môi trường - Ứng dụng: Thích hợp cho những khu vực cần chỉ số màu cao nh ư nhà riêng,văn phòng, nhà máy, khách sạn. 2.4. Đèn huỳnh quang compact Loại đèn huỳnh quang compact xuất hiện gần đây đã mở ra m ột th ị trường hoàn toàn mới của nguồn sáng huỳnh quang. GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 9
2.4.1.Cấu tạo: - Bóng đèn huỳnh quang compact có cấu tạo gồm: + Ống thủy tinh với nhiều hình dạng khác nhau. + Dây tóc kim loại. + Hai điện cực vonfram phủ bột phát xạ điện tử gắn vào hai đầu của ống đèn. + Bên trong là hỗn hợp khí trơ krypton hoặc thủy ngân và bột huỳnh quang. 2.4.2. Nguyên lý hoạt động - Bóng đèn compact phát sáng là nhờ sự phóng điện trong hơi thủy ngân tạo ra tia cực tím, các tia này kích thích bột huỳnh quang trong v ỏ đèn phát ra dải phổ ánh sáng màu trắng nhìn thấy được, trong đó có một dải nhỏ màu tím - Dưới tác dụng liên tục của các điện tử có năng lượng đủ lớn (phát ra từ điện cực), các chất khí trong ống đèn bị kích thích và phát ra bức xạ tử ngoại. - Các bức xạ tử ngoại này kích thích lớp bột huỳnh quang m ỏng ph ủ đ ều trên thành ống thủy tinh làm cho lớp bột phát sáng nh ư chúng ta nhìn th ấy, khi sử dụng cần tránh làm vỡ ống đèn. Đèn compact. GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 10
Đèn ống huỳnh quang và đèn huỳnh quang compact đều là đèn phóng - điện plasma trong môi trường hơi thủy ngân áp suất thấp. - Áp suất hơi thủy ngân khi đèn hoạt động phụ thuộc vào nhi ệt đ ộ đi ểm lạnh nhất trên ống đèn. - Về bản chất, là đèn huỳnh quang cải tiến, tiêt kiêm hơn môt chut. ́ ̣ ̣ ́ Nhưng nhược điêm là cân điện thế cao, không thích hợp cho việc thay đổi ̉ ̀ đóng ngắt nhiều lần. - Trong đen compact có thuỷ ngân, rất độc hại, dễ phân tán vào môi tr ường ̀ gây ô nhiễm đường hô hấp. 2.4.3. Đặc điểm: + Hiệu suất – 60 lumen/Oát. + Chỉ số hoàn màu – 1B. + Nhiệt độ màu- Ấm. + Trung bình Tuổi thọ của đèn – 7 – 10.000 giờ. Ưu điểm: + Hiệu suất quang học lớn:So với đèn sợi đốt cùng quang thông công suất của đèn compact chỉ bằng một phần năm. Dải công suất của các đèn compact từ 5-55W, tuổi thọ trung bình từ 6.000- 10.000 giờ. Hiệu quả ánh sáng đặt trên 50lm/W, có ánh sáng trắng như đèn huỳnh quang ống và ánh sáng vàng nh ư đèn sợi đốt. + Tiết kiệm điện: sáng hơn, hiệu suất sử dụng cao. Nếu so với đèn huỳnh quang ống thẳng, đèn compact gọn hơn, việc lắp đặt cũng đơn giản hơn. + Giảm thiểu sự nhấp nháy ánh sáng (flicker) do được trang bị ch ấn lưu điện tử so với đèn huỳnh quang ống thẳng (thường dùng chấn lưu điện từ). + Lắp đặt đơn giản: không đòi hỏi thay đổi đáng kể nào về kỹ thuật. + Compact sẽ tiết kiệm được 30 - 50 lần so với khi sử dụng đèn sợi đốt. Tuổi thọ của đèn compact (tuỳ loại) dao động trong khoảng 6.000 - 10.000 giờ, còn đèn sợi đốt thường chỉ đạt mức trên dưới 1.000 giờ. + Thích hợp cho việc chiếu sáng cục bộ trong các căn phòng có di ện tích nhỏ (nhà tắm, nhà kho, chân cầu thang…). Nhược điểm: + Đèn Compact hoạt động dưới tần số lưới điện công nghi ệp 50Hz tuy mắt thường không nhận biết được nhưng nếu tiếp xúc lâu có th ể gây khó chịu cho não và mắt. + Đèn huỳnh quang và compact đều có chung nguyên lý là phát ra tia tử ngoại, tia tử ngoại (màu đỏ - mắt thường không thể nhận biết) đập vào bột huỳnh quang làm nó phát ra ánh sáng màu trắng, bởi nếu tiếp xúc nhi ều cũng không tốt cho da và mắt. + Khí thủy ngân và bột huỳnh quang là chất độc không tốt cho s ức kh ỏe của con người, đặc biệt là khi đèn bị hư hay bị vở chất thảy ra chưa có đơn vị nào chịu trách nhiệm xử lý và nhà sản xuất chưa có biện pháp thu hồi, phân hủy chất thải. GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 11
+ Công nghệ sản xuất đèn compact chưa cao nên tuổi thọ của đèn rất th ấp, đặc hiệt trong môi trường điện áp dao động thấp hơn định m ức ở Vi ệt Nam, gây tổn hao tiền tài của. + Đèn compact rất dể nổ vở do va chạm nhẹ, không an toàn sử dụng th ắp sáng cho nhà kho hay hầm mỏ... + Đèn Compact + đèn huỳnh quang + đèn dây tóc đều phát ra tia t ử ngo ại có ánh sáng màu đỏ mắt người không nhận thấy được, Các con côn trùng như rầy, bọ nhận biết được ánh sáng này nên lao vào bóng đèn (côn trùng này mù màu trắng,ban ngày thường đậu vào lá lúa hay lá cỏ) điều này lý giải t ại sao đốt đèn thì bị rầy bu vào bóng đèn gây xáo trộn đến đời sống của người dân và có thể gây tai nạn giao thông khi tham gia giao thông v ượt qua các đèn đường chiếu sáng. +Nếu nồng độ nhỏ thì không gây hại gì, nếu nồng độ lớn hơn thì có th ể làm mắt khó chịu, không nhìn lâu được. Thực tế, khi các điện tử va ch ạm vào thủy ngân và bột huỳnh quang, năng lượng của chúng rất nh ỏ, nên các tia đ ộc hại phát ra coi như không có. Về lý thuy ết, bóng đèn sẽ gây nguy hi ểm khi b ị vỡ vì những chất có trong đó thoát ra ngoài môi trường có khả năng gây ung thư. 2.4.3. Công nghệ mới. Bóng đèn compact Rạng Đông đều sử dụng 100% loại th ủy tinh không chì.Đây là công nghệ mới được phát triển hơn chục năm nay trên th ế gi ới. Đặc điểm của loại thủy tinh này là không có chì nên rất an toàn, thân thi ện với môi trường. Mặt khác trong thành phần của thủy tinh không chì có ch ứa các hóa chất có thể hấp thụ hầu hết tia tử ngoại có bước sóng nh ỏ hơn 320nm, cụ thể là ôxít cerium (CeO2) và ôxít sắt Fe2O3 (theo b ằng sáng ch ế của Mỹ số 6831026 và 5470805 về tác dụng của th ủy tinh không chì). Vì v ậy nó ngăn chặn các tia tử ngoại ra bên ngoài vỏ bóng, không ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêu dùng. Công ty CP bóng đèn phích nước Rạng Đông đã ứng dụng công ngh ệ mới là sử dụng viên thủy ngân dạng hạt được bọc kẽm để thay thế thủy ngân lỏng trong bóng đèn.Trong quá trình hoạt động thủy ngân sẽ bốc hơi ra, khi không hoạt động thủy ngân sẽ ngưng tụ trong viên kẽm. Trường h ợp bóng b ị vỡ thủy ngân cũng sẽ không tràn ra được bên ngoài và người ta có th ể d ễ dàng thu hồi lại chúng, rất an toàn và bảo vệ môi trường. Công nghệ phủ lớp bột oxit nhôm (Al2O3). Để ngăn chặn các tia tử ngoại bắn phá lên thành ống đèn, phủ lên thành ống một lớp bột oxit nhôm mỏng rồi mới tráng lớp bột huỳnh quang bên trong tạo thành lớp màng bảo vệ,nâng cao hiệu suất phát quang, giảm sự suy giảm quang thông của bóng đèn. 2.5. Đèn LED. GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 12
- LED (Light-Emitting-Diode) có nghĩa là diode phát sáng. - Đèn LED là loại đèn mới nhất bổ sung vào danh sách các nguồn sáng sử dụng năng lượng hiệu quả. - Đèn LED đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng chiếu sáng, bao gồm biển báo lối thoát, đèn tín hiệu giao thông, đèn dưới tủ, và nhiều ứng dụng trang trí khác. 2.5.1. Cấu tạo và nguyên lý chiếu sáng của đèn led: Để tạo ra một sản phẩm đèn LED, về cơ bản cần có các yếu tố và thành phần như sau: a. Thiết kế: GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 13
Việc thiết kế một sản phẩm đèn LED hoàn thiện đòi hỏi ki ến th ức chuyên sâu, am hiểu trong công nghệ đèn LED, lĩnh vực giải nhiệt và đặc điểm của các loại nguyên vật liệu. Thiết kế quyết định 80% tuổi thọ và chất lượng của đèn LED nên việc thiết kế được thực hiện bởi các chuyên gia có kinh nghiệm. Các thiết kế phải được thử nghiệm kiểm chứng theo phương pháp th ử quy chuẩn để có được thiết kế tối ưu nhất. Sản phẩm của chúng tôi được thiết kế với tuổi thọ tối thiếu 30,000 hrs. b. Chip LED: GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 14
Việc sản xuất ra chip LED phụ thuộc nhiều vào công ngh ệ, ch ất l ượng nguyên vật liệu cấu thành và cấp độ tuổi thọ của chip LED thành ph ẩm. Chúng tôi sử dụng chip LED với tuổi thọ 70,000 hrs – 90,000 hrs. Việc s ản xuất chip LED có tuổi thọ cao có chi phí rất cao, tuy nhiên các đặc tính ch ịu nhiệt, tạo màu sắc trung thực, độ ổn định màu lâu và tu ổi th ọ cao s ẽ đem l ại nhiều hiệu quả đầu tư cũng như trong quá trình sử dụng hơn. c. PCB tản nhiệt: Lớp nhôm nguyên chất tản nhiệt, lớp cách điện cấp 1, lớp dẫn điện, l ớp cách điện cấp 2, lớp phủ bảo vệ, lớp phủ mạch in. Việc tính toán thi ết k ế chiều dày, nguyên vật liệu, cấp độ chịu nhiệt và tản nhiệt, c ấp độ cách đi ện đòi hỏi phải có chuyên gia kinh nghiệm, các thử nghiệm và know-how để có PCB phù hợp với chip LED được sử dụng cũng như phù h ợp v ới thi ết k ế tổng thể của một sản phẩm. d. Kết cấu tản nhiệt: GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 15
Các kết cấu liên quan đến tản nhiệt được làm bằng nhôm nguyên ch ất để bảo đảm tính dẫn nhiệt cao nhất có thể. V ật liệu làm bằng nhôm nguyên chất không bị biến đổi chất liệu vì nhiêt như các loại nhôm lẫn tạp chất trong quá trình hoạt động, do vậy có thể tái sử dụng trong vòng đời tiếp theo c ủa đèn LED, giảm chi phí cho khách hàng, nhà xản xu ất và xã h ội. Ngoài ra vi ệc thiết kế kết cấu tản nhiệt (chiều dày, kích thước tổng th ể, kích th ước cánh tản nhiệt, dung sai chế tạo, tính toán khe hở và hướng gió, tính toán khe h ở liên kết giữa các kết cấu, …) có ảnh hưởng nhiều đến hi ệu qu ả tản nhi ệt và tuổi thọ chung của bóng đèn. e. Lens (thấu kính): GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 16
Bộ phận này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả phát tán và lượng quang thông phát ra từ chip LED ra ngoài môi trường. Chất lượng của loại lens được sử dụng ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ phát sáng và màu sắc ánh sáng của đèn LED ở cùng công suất. f. Bộ điều khiển: Mỗi đèn LED hoặc cụm đèn LED cần có bộ điều khiển, bảo đảm cung cấp đồng đều năng lượng đến từng bóng ở từng vị trí khác nhau trên bản mạch. Ngoài ra phải cung cấp đúng chế độ dòng phù hợp với chip LED đ ược s ử dụng, tốc độ giải nhiệt của thiết kế. Việc ổn định chế độ làm việc của bộ điều khiển sẽ bảo đảm các chip LED luôn tạo ra ánh sáng ổn định, yếu tố này kết hợp với chất lượng của chip LED sẽ tạo ra sự ổn định về màu sắc ánh sáng và cường độ ánh sáng trong thời gian dài. Để có được bộ điều khi ển tốt, cần phải sử dụng linh kiện điện tử chất lượng, có độ ổn định cao và đặt ở chế độ cân bằng tải phù hợp với thiết kế của đèn LED. g. Các bộ phận phụ: Là các cấu kiện còn lại như bộ gá, vành đỡ, chân đỡ,…. được thi ết k ế phù hợp với từng ứng dụng khác nhau. Các chi tiết này chủ yếu liên quan đến vấn đề thẩm mỹ, tính phù hợp lắp đặt theo ứng dụng, được sản xu ất t ại Vi ệt Nam. Cấu tạo: GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 17
- Phần chủ yếu của LED là một mảnh nhỏ chất bán dẫn có pha tạp chất sao cho trong đó tạo ra được hai miền: Miền p dẫn điện bằng lỗ trống (hạt tải mang điện dương) và miền n dẫn điện bằng điện tử (hạt tải mang điện âm), giữa hai miền là lớp tiếp xúc p – n. Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối bán dẫn loại n,cùng lúc khối bán dẫn loại p lại nhận electron từ khối bán dẫn loại n đ ược chuy ển sang. Kết quả hình thành ở khối p điện tích âm và khối n điện tích dương. - Dòng điện chỉ chạy theo chiều từ bán dẫn P sang bán dẫn N. Ở giữa miền tiếp xúc giữa 2 lớp bán dẫn có ánh sáng phát ra, vì đi ểm phát sáng r ất bé nên phía trên phải có dạng nửa hình cầu để có thể phát ánh sáng tán x ạ trong phạm vi 180 độ về mọi hướng giúp người ta nhìn thấy nó. Phân cực thuận (phát sáng). Phân cực ngược (không phát sáng). Các đặc trưng điện: - + Thế phân cực thuận (Forward Voltage): Vf (V). + Dòng phân cực thuận (Forward Current): If (mA). + Dòng phân cực ngược (Reverse Curent) ở thế làm việc: Ir (μA). + Nhiệt độ làm việc của LED hay của lớp bán dẫn p-n: Top. + Công suất điện tiêu thụ (Consummation Power): P. GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 18
Vật liệu chế tạo: - + AllnGaP để tạo ra các LED phát ánh sáng đỏ, da cam hoặc vàng + GaN để tạo ra các LED phát ánh sáng xanh dương và xanh da lam Loại LED Điện thế phân cực thuận Đỏ 1.63
- Để có màu sáng khác nhau, người ta sẽ đưa thêm m ột s ố t ạp ch ất khác nhau vào hoặc là trong lớp "nhựa" cho thêm các ch ất huỳnh quang màu sắc của ánh sáng đó LED hay còn gọi là diot chiếu sáng (diot: hai điện cực). Đúng như tên - gọi, công nghệ LED là công nghệ chiếu sáng bằng hai điện cực với hỗ trợ của các loại vật liệu bán dẫn và công nghệ nano. - Quy trình chế tạo đèn LED trải qua hai giai đoạn chính là ch ế t ạo tim đèn trước rồi gắn với hai điện cực tạo thành bóng đèn. Hai đi ện c ực này có độ dài khác nhau, chân dài là anod (điện cực dương), ngắn hơn là catod (điện cực âm). - Tim đèn là phần nối giữa hai điện cực, gọi là LED chip, được làm bằng vật liệu bán dẫn. Dòng điện một chiều đi qua làm chuyển động khuếch tán các điện tích âm và dương giữa hai điện cực, và giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng. Tùy vào loại vật liệu bán dẫn dùng để ch ế tạo LED chip mà cho ra các đèn LED với màu sắc khác nhau. Aluminum gallium arsenide (AlGaAs) tạo ra LED đỏ, aluminum gallium phosphide (AlGaP) cho ra LED xanh lá, indium gallium nitride (InGaN) cho ra LED xanh biển, GaP cho ra LED vàng… Đèn LED trắng là sự kết h ợp c ủa đèn LED đỏ, xanh lá và xanh biển. Cách thứ hai để tạo ra đèn LED trắng là phủ một lớp phosphor vàng vào đèn LED xanh biển. - Bản thân công nghệ LED cho phép nó phát sáng đến 100.000 h nh ưng có các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ bộ đèn như: + Mạch in của bộ đèn: Chất lượng mạch in, chất lượng mối hàn giữa LED với mạch in ảnh hưởng đến lớn đến độ bền của đèn, trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như Việt nam, nếu chất lượng của mạch in và mối hàn không tốt dễ gây oxi-hóa đứt mạch in, không tiếp xúc làm cho đèn không thể phát sáng sau một thời gian sử dụng. Trong thực tế người ta có thể sử dụng mạch in thường, hoặc bằng nhôm, gốm cho phép tản nhiệt nhanh cho loại LED công suất trung bình và lớn. + Bộ phận tản nhiệt: Phần tản nhiệt cho đèn LED được thiết kế nhằm đưa phần tinh th ể phát sáng xuống nhiệt độ thấp nhanh nhất, bộ ph ận này đặc bi ệt quan trọng khi thiết kế đèn LED công suất lớn, nếu bộ ph ận t ản nhi ệt này có kết cấu không phù hợp thì phần tử LED s ẽ nhanh b ị già, hi ệu su ất phát sáng giảm đáng kể. + Bộ nguồn cung cấp: Bộ nguồn cấp điện cho đèn LED phải đảm bảo cung cấp dòng điện và điện áp ổn định phù hợp lới loại LED đang sử dụng các linh kiện chế tạo bộ nguồn phải có tuổi thọ sử dụng tương đương với tuổi th ọ của LED. Với loại đèn công suất nhỏ bộ nguồn đơn giản chỉ là một nguồn áp kết với một điện trở hạn dòng cho LED nhưng đối với với LED công suất trung bình và lớn cần tạo một nguồn dòng cho LED.  Bộ nguồn của đèn led có hai dạng chính: ->Nguồn dòng: GVHD: TH.S VÕ THANH HÀ Page 20