دیود نورگسیل پرقدرت (High-Power LED)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود نورگسیل پرقدرت (High-Power LED) :
دیود نورگسیل پرقدرت (High-Power LED) نوعی LED است که برای تولید شار نوری بالا (معمولا بیش از ۱۰۰ لومن) طراحی شده است. این LEDها در توان های الکتریکی بالا (معمولا ۱ وات تا چند صد وات) کار می کنند و نیاز به مدیریت حرارتی (Thermal Management) دقیق دارند. آنها در کاربردهای روشنایی عمومی، نورپردازی خودرو، پروژکتورها، و چراغ های خیابانی استفاده می شوند.
ساختار High-Power LED با LEDهای معمولی (مانند LEDهای ۵ میلی متری DIP یا LEDهای SMD کوچک) تفاوت اساسی دارد. این LEDها معمولا روی یک بستر (Substrate) با رسانایی حرارتی بالا (مانند آلومینا یا سیلیکون) نصب می شوند و دارای یک صفحه فلزی در زیر (Thermal Pad) برای اتصال به هیت سینک هستند. تراشه LED (Chip) خود می تواند بزرگتر از LEDهای معمولی باشد تا جریان بالاتری را تحمل کند.
پارامترهای مهم High-Power LED عبارتند از: توان الکتریکی (Power) بر حسب وات (W)، شار نوری (Luminous Flux) بر حسب لومن (lm)، بازده نوری (Luminous Efficacy) بر حسب لومن بر وات (lm/W)، ولتاژ آستانه (Forward Voltage) (معمولا ۳-۴ ولت برای رنگ های آبی/سفید و ۲-۳ ولت برای قرمز)، جریان کاری (معمولا ۳۵۰ میلی آمپر تا چند آمپر)، و دمای رنگ (برای LEDهای سفید).
مدیریت حرارتی (Thermal Management) در High-Power LEDها بسیار حیاتی است. حدود ۷۰-۸۰٪ از توان الکتریکی مصرفی LED به گرما تبدیل می شود. اگر این گرما به خوبی دفع نشود، دمای اتصال (Junction Temperature - T_j) افزایش می یابد که منجر به کاهش شار نوری، تغییر رنگ، و کاهش شدید طول عمر LED می شود. بنابراین، این LEDها باید بر روی هیت سینک مناسب با خمیر حرارتی نصب شوند.
کاربرد اصلی High-Power LED در روشنایی عمومی (General Lighting) است. لامپ های LED خانگی و صنعتی، چراغ های خیابانی LED، چراغ های پارک و معابر، و نورپردازی فضاهای بزرگ همگی از LEDهای پرقدرت استفاده می کنند. بازده بالای این LEDها (تا ۲۰۰ لومن بر وات) باعث صرفه جویی قابل توجه در مصرف انرژی شده است.
کاربرد دیگر در صنعت خودروسازی است. چراغ های جلوی خودرو (Headlights) با فناوری LED از چندین High-Power LED سفید یا آبی با فسفر برای تولید نور روز و نور بالا استفاده می کنند. همچنین چراغ های مه شکن، چراغ های راهنما، و چراغ های ترمز نیز از LEDهای پرقدرت در رنگ های مختلف بهره می برند.
در پروژکتورها (Projectors) و نورپردازی صحنه (Stage Lighting)، از High-Power LEDهای RGB یا سفید برای تولید نور با شدت بالا استفاده می شود. این LEDها می توانند جایگزین لامپ های تخلیه ای (HID) با توان بالا شوند و مزایایی مانند طول عمر بیشتر و مصرف انرژی کمتر دارند.
سری معروف High-Power LEDها شامل محصولات شرکت هایی مانند Cree (سری XLamp XP-L، XM-L، و CXA)، Nichia (سری 757)، OSRAM (سری Oslon Square و Duris)، Lumileds (سری LUXEON)، و Seoul Semiconductor (سری Z-Power) است. این LEDها در بسته بندی های SMD بزرگ با قابلیت نصب روی هیت سینک عرضه می شوند.
یکی از چالش های High-Power LEDها، پدیده "افت بازده" (Efficiency Droop) در جریان های بالا است. با افزایش جریان از یک حد مشخص، بازده نوری کاهش می یابد. این پدیده به ویژه در LEDهای آبی و سفید مشهود است. تحقیقات زیادی برای کاهش این اثر و بهبود بازده در جریان های بالا در حال انجام است.
راه اندازی High-Power LEDها معمولا با درایورهای جریان ثابت (Constant Current Drivers) انجام می شود. این درایورها باید بتوانند جریان دقیق و پایدار (با ریپل کم) به LED تحویل دهند. همچنین ممکن است نیاز به مدارات حفاظتی (مانند حفاظت در برابر قطبیت معکوس و ولتاژ اضافی) داشته باشند.
در نهایت، High-Power LEDها انقلابی در صنعت روشنایی ایجاد کرده اند. با بهبود مستمر بازده و کاهش هزینه، آنها در حال جایگزینی کامل سایر منابع نوری هستند. آینده روشنایی با LEDهای پرقدرت با بازده بالاتر، کیفیت نور بهتر، و قابلیت های هوشمند (مانند کنترل رنگ و اتصال به اینترنت) گره خورده است.
