لامپ ال ای دی چطور کار می کند و آیا تولید گرما دارد؟

لامپ ال ای دی ها یک اختراع ساده با پتانسیل بسیار زیاد برای تغییر صنعت روشنایی به سمت بهتر شدن هستند. لامپ ال ای دی یک اختراع مهم در صنعت برق به شمار می آید زیرا که کیفیت نور تولیدی را ارتقا داده و گرمای کمتری را در کنار مصرف انرژی پایین  ارائه می دهد. لامپ ال ای دی از یک دیود ساطع کننده نور ساخته شده است. دیود یک دستگاه یا جزء الکتریکی با دو الکترود (یک آند و یک کاتد) است که الکتریسیته از طریق آن جریان دارد - مشخصاً فقط در یک جهت (از طریق آند و از طریق کاتد خارج می شود). دیودها عموماً از مواد نیمه رسانا مانند سیلیکون یا سلنیوم ساخته می‌شوند - موادی که در برخی شرایط جریان الکتریسیته را هدایت می‌کنند و در شرایطی دیگر (مثلاً در ولتاژها، سطوح جریان یا شدت نور خاص).

روشنایی LED از همین دیود ساطع کننده نور است که یک دستگاه نیمه هادی محسوب می شود که با عبور جریان الکتریکی از آن نور مرئی ساطع می کند. اساساً برعکس سلول فتوولتائیک (دستگاهی که نور مرئی را به جریان الکتریکی تبدیل می‌کند) است. دستگاه مشابهی به نام IRED (دیود ساطع مادون قرمز) وجود دارد. به جای نور مرئی، دستگاه های IRED وقتی جریان الکتریکی از آنها عبور می کند، انرژی IR ساطع می کنند. چراغ های LED برای تولید نور عملکرد ساده ای دارنداین و همین امر تولید آن ها را ارزان کرده است، به همین دلیل است که وقتی چراغ های LED برای اولین بار اختراع شدند، هیجان زیادی وجود داشت! جزئیات فنی لامپ ال ای دی LED ها از دو نوع ماده نیمه هادی (نوع p و نوع n) تشکیل شده اند. هر دو مواد نوع p و نوع n که مواد قابض نیز نامیده می شوند، دوپ شده اند (در ماده ای به نام "عامل دوپینگ" فرو رفته اند) تا کمی خواص الکتریکی آنها را از شکل خالص، بدون تغییر یا "ذاتی" تغییر دهند. (i-type).

مواد نوع p و نوع n با معرفی ماده اصلی به اتم های عنصر دیگر ایجاد می شوند. این اتم های جدید جایگزین برخی از اتم های موجود قبلی می شوند و با انجام این کار، ساختار فیزیکی و شیمیایی را تغییر می دهند. مواد نوع p با استفاده از عناصری (مانند بور) که دارای الکترون های ظرفیت کمتری نسبت به مواد ذاتی (اغلب سیلیکون) هستند، ایجاد می شوند. مواد نوع n با استفاده از عناصری (مانند فسفر) ایجاد می شوند که دارای الکترون های ظرفیت بیشتری نسبت به مواد ذاتی (اغلب سیلیکون) هستند. اثر خالص ایجاد یک اتصال p-n با خواص جالب و مفید برای کاربردهای الکترونیکی است. این که دقیقاً چه ویژگی هایی دارند بیشتر به ولتاژ خارجی اعمال شده به مدار (در صورت وجود) و جهت جریان (یعنی اینکه کدام طرف، نوع p یا نوع n، به ترمینال مثبت وصل شده است و به کدام طرف متصل است بستگی دارد). هنگامی که یک دیود ساطع کننده نور (LED) دارای یک منبع ولتاژ است که به سمت مثبت آند و سمت منفی آن در کاتد متصل است، جریان برقرار می شود و نور ساطع می گردد.

شرایطی که به عنوان سوگیری رو به جلو شناخته می شود). اگر دو انتهای مثبت و منفی منبع ولتاژ به صورت معکوس وصل شوند (مثبت به کاتد و منفی به آند)، جریان برقرار نمی شود. (شرایطی که به عنوان بایاس معکوس شناخته می شود). بایاس رو به جلو اجازه می دهد تا جریان از طریق LED عبور کند و با انجام این کار، نور ساطع می کند. بایاس معکوس از عبور جریان از طریق LED جلوگیری می کند (حداقل تا یک نقطه خاص که قادر به نگه داشتن جریان در حد معکوس نیست - که به اوج ولتاژ معکوس معروف است - نقطه ای که اگر به آن برسد، به طور غیر قابل برگشتی به دستگاه آسیب می رساند). در حالی که همه اینها ممکن است بسیار فنی به نظر برسد، اما نکته مهم برای مصرف کنندگان این است که LED ها چشم انداز روشنایی را به سمت بهتر تغییر داده اند و کاربردهای عملی این فناوری تقریباً بی حد و حصر است. 

آیا چراغ های ال ای دی گرما تولید می کنند؟ 

چراغ های ال ای دی در مقایسه با منابع نور معمولی کارایی بالایی دارند. با این وجود، برخی از منابع نور LED و لامپ ال ای دی در شرایط خاص بسیار گرم می شوند. به ویژه لامپ های GU10 و نورافکن های توکار اغلب گرمای زیادی تولید می کنند. در اینجا می توانید دریابید که چرا برخی از لامپ های LED دارای خروجی حرارت بالا هستند و باید به چه مواردی توجه کنید. تولید گرمای نور LED در مقایسه با لامپ های رشته ای و هالوژن قدیمی، فناوری LED بسیار کارآمدتر شده است. هنگام روشن شدن بدون سوختن، نمی توان منابع نور قدیمی را لمس کرد. با توجه به راندمان بالای لامپ های LED، می توان فکر کرد که آنها به سختی گرمای اتلاف شده را تولید می کنند. متأسفانه این یک رویاست که هنوز هم به حقیقت نپیوسته است، زیرا حتی با تکنولوژی LED فعلی هنوز مقدار معینی گرمای هدر رفته وجود دارد.

اتلاف گرما از  لامپ های LED به طور قابل توجهی کمتر از لامپ های رشته ای قدیمی است. لامپ های رشته ای تنها حدود 5 درصد نور از انرژی تغذیه شده تولید می کنند و 95 درصد باقی مانده به گرما تبدیل می شود. اما در لامپ ال ای دی LED فعلی، همه چیز بسیار بهتر به نظر می رسد. در اینجا حدود 40 درصد از انرژی مصرف شده به نور مرئی و تنها 60 درصد به گرما تبدیل می شود. برای مثال، لامپ رشته ای 57 وات حرارت تولید می کند. این به صورت تابش مادون قرمز نامرئی به محیط منتشر می شود. این امر همچنین باعث می شود شیشه لامپ به حدی گرم شود که در صورت دست زدن به آن بلافاصله دست را می سوزانید. لامپ ال ای دی LED تشعشع مادون قرمز تولید نمی کنند. بنابراین شما همچنین می توانید لامپ های LED روشن را بدون سوختن دست خود لمس کنید. اما گرمای هدر رفته کجاست؟اتلاف حرارتی 3.9 وات از مثال عمدتاً در دیود ساطع نور و تا حدودی در درایور LED ایجاد می شود. LED یک نیمه هادی است. تلفات حرارتی آن به خودی خود تابش نمی شود، بلکه باید از طریق خنک کننده مناسب دفع شود. در غیر این صورت LED از گرما می سوزد.اگر دمای کار بیش از حد بالا باشد، طول عمر منبع نور نیز کاهش می یابد. از لامپ های LED نیز گرما را منتشر می شود اما به میزان کمتر. همچنین چراغ‌ های LED و روشن‌کننده‌ ها توسعه گرمایی خاصی دارند. با این حال، این میزان بسیار کمتر از منابع نور قدیمی است. علاوه بر این، تلفات برق به صورت گرمای مادون قرمز تابش نمی شود، بلکه باید از طریق یک هیت سینک از لامپ دفع شود.