自製高功率LED燈 – 準備


市面上販賣很多LED燈,但大多是一般功率LED(一顆LED耗電0.1W左右)
而這類LED因為封裝用的透明樹脂會因為長期吸收LED發出來的光而變質
LED會因為這個變質產生光衰現象(簡單的說這類LED用越久就越暗,暗的速度還蠻快)

高功率LED(一顆耗電1W以上)的出現除了增強LED的亮度之外,有很大部份的原因就是要減少光衰的速度
網拍已經可以看到一些高功率LED的產品,不過目前也只出現在杯燈、裝飾用燈上面
一部分原因是因為LED散射的角度小,光散不開的話很難當作一般照明使用

不過最近又萌起想打造水草用LED燈的念頭,這篇主要就是把找到的資訊記下來
打算日後有時間的話作個水草LED燈看看

首先介紹基本照明常識:
lm:中文名稱流明,指的是光源發出光的強度(意思相當於以前用的燭光)
lux:中文名稱勒克斯(lm/m^2)流明除以受光面積(有時候會被簡寫成lx)
立體角:Ω=2π*(1-cosθ)

先來個範例用用看好了
光源:10lm,距離:10cm,θ:π/3,lx=?
Ω=2π*(1-cos(π/3))=π
受光面積:Ω*(0.1)^2=0.031416      (單位m^2)
勒克斯:
10/0.031416=318.31           (單位lx)

在這裡解釋一下 lm 跟 lux的意義
lm大但如果距離長,光全部都散成很大一塊面積 看起來亮度(lux)就會不夠
一般可供閱讀用的lux約是400~600 lx ,未來給水草用的LED燈lux暫定為 500 lx

然後就是查一下相關資料:
1.水草光合作用吸收光譜(參考自水草栽培新世界):

可以看到吸收光譜跟日光強度分佈光譜有差異,紅光、藍光分別都有個peak在

2.LED發光強度跟角度的關係(參考自Flux Light):

可以發現半高是落在67~68度,這就是計算立體角Ω用的θ

3.白光LED的光譜分佈(參考自Flux Light):
白光(偏藍)

暖白光

可以發現暖白光半高的部份落在的525~650nm
這部份在光合作用吸收光譜 吸收率剛好比藍光peak(430nm)高,看起來暖白光應該比白光(偏藍)好
但世界就是這麼奇妙白光(偏藍)的流明比暖白光高6 lm,等於暖白光亮度少白光(偏藍)1/5
綜合考量下還是用暖白光比較好

用以上查的的數據計實際算看看(距離20cm、流明54lm、θ 67度)
Ω=2π*(1-cos(67))=3.83
受光面積:0.1531 m^2
lux=352 lx

照這樣看起來需要三顆1W LED(2顆暖白光+1顆紅光LED或者白光、暖白光、紅光各一顆)
或者一顆3W 暖白光 LED(不過這樣散光角度也許會產生問題,畢竟三顆LED可以分開一點)

1W的LED除了紅光LED順向偏壓較小(1.9~3V)其他的都是2.8~4 V,電流通通都是350mA
3W暖白色的LED順向偏壓2.8~4 V電流是700mA,這三種電路會有一些不同
散熱的話打算等我的顯示卡退役後把他的熱導管散熱片拿來使用
目前尚屬未明的是這幾種 LED 的 TDP 是幾瓦,雖然 3W全部都拿去發熱也許熱量也還好

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