Введение к работе
Актуальность темы. В последнее десятилетие Правительство РФ прилагает большие усилия к решению проблемы энергосбережения, в том числе в области электроосвещения, поскольку ежегодно растет электропотребление. В плане этой технической политики проводится активная замена ламп накаливания на компактные люминесцентные и светодиодные. При этом последним отдается большее предпочтение, поскольку они потребляют электроэнергии в 5-10 раз меньше люминесцентных ламп при сроке службы в 5-10 раз больше.
Началу становления производства светильников дневного света послужили работы профессора Суджи Накамуры, выполненные в 1996-1997 годах и посвященные созданию коммерческого светодиода белого цвета свечения [1,2]. С этого времени началось интенсивное производство светодиодных светильников в разных странах мира, включая Россию, причем в условиях отсутствия нормативной базы, стандартов и, особенно, системы контроля качества светодиодов [2,3]. Последнее в немалой степени обусловлено тем, что за истекший период еще не выработана система параметров светодиодов, подлежащих контролю [4,5]. Следует отметить, что вопросы контроля качества светодиодов в литературе пока остаются не освещенными.
Получив сведения по многим параметрам светодиодов, можно судить об их качестве по степени отклонения этих параметров от требуемых проектировщиками значений. Не менее важную информацию может нести непосредственно вариабельность каждого измеряемого параметра, однако она остается в литературе практически не изученной.
Учитывая, что маломощные светодиоды находят широкое применение при разработке самых различных светотехнических устройств (ламп, светильников, прожекторов и др.), представляется важным в качестве первого этапа осуществить разработку системы параметров, пригодных для налаживания входного контроля качества маломощных светодиодов (50-100 мВт), с последующей их сравнительной характеристикой.
Таким образом, задача разработки и систематизации параметров для контроля технических характеристик и качества светодиодов является актуальной.
Объект исследования - маломощные светодиоды с различным спектром излучения, используемые для производства светодиодных ламп, светильников, прожекторов и устройств световой рекламы.
Предмет исследования - электрические и светотехнические параметры маломощных светодиодов.
Цель исследования - разработка системы параметров маломощных светодиодов и усовершенствование методик их измерения для обеспечения контроля.
В соответствии с целью исследования были поставлены следующие задачи:
1. Создать экспериментальную лабораторную измерительную установку; усовершенствовать методики определения ряда параметров светодиодов.
На основе экспериментальных исследований электрических и светотехнических характеристик светодиодов с различным спектром излучения разработать систему параметров для контроля качества светодиодов.
Составить перечень параметров, пригодных для контроля светодиодов, и осуществить их дифференциацию на основные и вспомогательные.
Методы исследования. В работе использовались аналитические и расчетные методы с применением ЭВМ, а также экспериментальные методы основных характеристик светодиодов и их сопоставление с расчетными данными.
Научная новизна.
1. Разработан перечень параметров маломощных светодиодов и
усовершенствованы методики их определения, которые создают научно-
практическую основу для обеспечения контроля светодиодов и светодиодных
устройств (ламп, прожекторов, светильников и рекламных устройств).
Предложено для повышения качества контроля светодиодных изделий наряду с электрическими и светотехническими параметрами оценивать уровень их вариабельности.
Показано, что в маломощных рекламных и декоративных светодиодных устройствах, имеющих небольшой срок эксплуатации, можно увеличить их световой поток в 3-5 раз путем пропорционального увеличения силы тока.
Практическая значимость.
Разработанная система параметров и усовершенствованные методики определения могут быть рекомендованы светотехническим предприятиям для входного контроля выпускаемых светодиодов и светодиодных устройств.
Отдельные предложения, сформулированные на основе материалов диссертации, вошли в проект ГОСТа Р МЭК 62504-2011 «Светодиоды и их модули для общего освещения. Термины и определения».
Основные научные положения, выносимые на защиту.
Разработанная система параметров маломощных светодиодов и усовершенствованные методики их определения создают научно-практическую основу для контроля светодиодов при проектировании осветительных устройств.
При изготовлении маломощных светотехнических устройств с небольшим сроком службы (декоративного освещения, рекламы и автономного светильника) для увеличения их светового потока сила тока может быть в 3-5 раз больше номинального тока.
3. Величина коэффициента вариации электрических параметров
светодиодов должна быть положена в основу их бинирования по качеству как на
стадии производства, так и на стадии применения.
Достоверность полученных результатов и обоснованность выводов Достоверность полученных результатов обеспечена большим объемом экспериментальных исследований, проведенных с использованием усовершенствованных методик измерения характеристик светодиодов. Целый ряд результатов подтвержден проведением повторных серий опытов с использованием более 500 светодиодов разного типа и цвета свечения. Полученные данные обработаны и проанализированы с помощью ряда методов математической статистики.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных и научно-технических конференциях: XVII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, МЭИ, 2011); VII, VIII Международных научно-технических конференциях «Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики» (г. Саранск, Мордов. гос. ун-т имени Н.П.Огарева, 2009, 2010); IV, V, VI Международных молодежных научных конференциях студентов и аспирантов «Тинчуринские чтения» (г. Казань, КГЭУ, 2009, 2010, 2011); XII аспирантско-магистерском научном семинаре КГЭУ, посвященном «Дню энергетика» (г. Казань, КГЭУ, 2008); XXIII Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» (г. Казань, КВАКУ им. М.Н. Чистякова, 2011).
Публикации. Основные научные результаты диссертации практически полностью отражены в 12 опубликованных работах, в том числе в 3 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК по специальности диссертации.
Личный вклад автора работы
Результаты, представленные в диссертации, получены при непосредственном участии автора. Автор разработал и изготовил измерительную установку, усовершенствовал методики измерения ряда параметров светодиодов, самостоятельно выполнил экспериментальные исследования, статистическую обработку полученных данных и анализ результатов.
Соответствие диссертации научной специальности. Диссертация соответствует специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий. Представленные в ней результаты соответствуют: п. 1 «Научное обоснование новых и усовершенствование существующих методов аналитического и неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», п. 5 «Разработка метрологического обеспечения приборов и средств контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, оптимизация метрологических характеристик приборов».
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 170 страницах и состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа включает в себя 30 таблиц и 15 рисунков. Список литературы содержит 159 источников, в том числе 24 иностранных.
