Модернізація системи освітлення автомобілів з використанням світлодіодів

Основна ідея роботи схеми представлена на рис. 2.15. Прямокутні імпульси виходять шляхом порівняння пилоподібної напруги з постійним по амплітуді сигналом. Припустимо, що пила йде на негативний вихід компаратора, а постійна напруга на позитивний. Компаратор складає ці два сигнали, визначає який з них більше, а потім виносить вердикт: якщо напруга на негативному вході більше ніж на позитивному, то на виході буде 0В, а якщо позитивне напруга буде більше негативного, то на виході буде напруга живлення, тобто близько 12 В. Пила йде безперервно, вона не змінює свою форму з часом, такий сигнал називається опорним.

Постійна напруга може рухатися вгору або вниз, збільшуючись або зменшуючись в залежності від положення движка потенціометра. Чим сильніше збільшується напруга на движку, тим сильніше збільшується напруга на постійному вході і згідно з цим на виході компаратора імпульси стають ширшими. Це буде до тих пір, поки постійна напруга не перекриє пилу, що викличе появу постійної напруги на виході компаратора по амплітуді приблизно рівного напрузі живлення. Якщо ж напруга на виході потенціометра низька, то і напруга на постійному вході компаратора низька і вихідний сигнал піде нижче самого нижнього зубчика пили, що викличе припинення взагалі будь-яких імпульсів [24].



Рисунок 2.15 - Формування ШІМ-сигналу

Схема пристрою представлена на рис. 2.16.

Рисунок 2.16 - Генератор ШІМ-сигналу на операційних підсилювачах

Генератор пилоподібного напруги складається з двох операційних підсилювачів. Перший за рахунок позитивного зворотного зв'язку виявляється в генераторному режимі, видаючи прямокутні імпульси, а другий служить інтегратором, перетворюючи ці прямокутники в пилкоподібну форму.

Конденсатор у зворотній зв'язку другого операційного підсилювача визначає частоту імпульсів. Чим менше ємність конденсатора, тим вище частота і навпаки. Резистори R1 і R2 утворюють дільник напруги, щоб подати в генератор половину живлячої напруги. Резистор R5 на пару з конденсатором С2 визначають частоту, чим менше їх номінали тим більше частота. R3 і R4 це резистори позитивного зворотного зв'язку. Також вони впливають на висоту пили щодо нуля. Третій компаратор формує ШІМ-імпульси з пилки і постійної напруги.

Генератор ШІМ-сигналу на логічних елементах 2І-НІ. На рис. 2.17 представлена схема генератора пилоподібної напруги на елементах 2І-НЕ. Основу пристрою становить мікросхема CD4011 - чотири двухвходових логічних елемента І-НЕ в одному корпусі. На логічних елементах U1A і U1B зібраний генератор прямокутних імпульсів частотою 48 кГц, на U1C і U1D - одновібратор, скважність вихідного сигналу якого змінюється резистором R4.

Рисунок 2.17 - Генератор ШІМ-сигналу на логічних елементах 2І-НЕ

Генератор ШІМ-сигналу на мікросхемі TL494. Мікросхема TL494 може працювати як в однотактному режимі, так і в двотактному, працюючи на два навантаження поперемінно. TL494 працює в діапазоні живлення від 7 до 41В. Розглянемо генератор ШІМ-сигналу на основі TL494, яка працює в однотактному режимі (рис. 2.18).



Рисунок 2.18 - Генератор ШІМ-сигналу на мікросхемі TL494

Однотактна схема характеризується насамперед тим, що скважність сигналу можна змінювати від нуля до 100 % (канал завжди відкритий). Ланцюг, що задає скважність знаходиться на вході IN1 мікросхеми. Частотний діапазон регулюється двома елементами: по-перше ланцюжком резисторів на вході RT мікросхеми, по друге ємністю конденсатора на вході CT.

Як ключ використовується польовий транзистор IRFD110. Для більш різкого заднього фронту встановлений транзистор SS8550. Роль цього транзистора різко садити потенціал затвора польового транзистора на загальний провід. Діод і резистор номіналом 1 кОм є обв'язкою цього додаткового транзистора.

2.4 Сигнали гальмування на основі мікросхеми MC34063

Розглянемо можливість створення світлодіодних сигналів гальмування на основі мікросхеми MC34063. MC34063 - це інтегральна мікросхема управління, що містить основні функції, необхідні для DC-DC конвертерів. Вона складається з:

- внутрішнього джерела опорної напруги з температурною компенсацією;

- компаратора;

- генератора з керуванням від схеми обмеження по скважності струму;

- драйвера;

- потужного вихідного ключа.

Ця мікросхема була спеціально розроблена для роботи в понижувальних, підвищувальних і інвертуючих імпульсних джерелах напруги з мінімальним числом зовнішніх компонентів.

Її особливостями є:

- робота від 3 В до 40 В;

- низький струм холостого ходу;

- обмеження по струму;

- вихідний струм ключа до 1,5 A;

- регульована вихідна напруга;

- частотний діапазон до 100 кГц;

- точність внутрішнього джерела опорної напруги до 2 %.

MC34063 складається з джерела опорної напруги (температурно-компенсованого), компаратора, генератора з активним контуром обмеження пікового струму, вентиля (елемент "І"), тригера і потужного вихідного ключа з драйвером (рис. 2.19). Генератор включає в себе схеми заряду і розряду зовнішнього часозадавального конденсатора Ct, які постійно заряджають і розряджають його до певних рівнів напруги: 0,75 і 1,25 В. При цьому зарядний струм складає 35 мкА, а розрядний 200 мкА, тобто струм розряду приблизно в шість разів більше, ніж струм заряду, отже, заряд конденсатора відбувається приблизно в шість разів довше, ніж розряд, а тривалості цих процесів (і тривалість усього циклу заряд-розряд) залежить від ємності конденсатора [25].



Рисунок 2.19 - Блок-схема мікросхеми MC34063

У той час, коли конденсатор Ct заряджається - на виході генератора, а отже і на вході А вентиля, представлена логічна одиниця. На скидаючому (R) вході тригера представлений логічний нуль, тобто тригер не знаходиться в стані скидання. Якщо в цей час напруга на інвертуючому вході компаратора менше опорної напруги (яка подається на неінвертуючий вхід компаратора), то на виході компаратора, а отже і на вході В вентиля, так само буде логічна одиниця. Тоді логічна одиниця з'явиться і на виході вентиля і, отже, на встановлюючому (S) вході тригера. Це викличе перемикання виходу тригера в стан «1», що в свою чергу викличе перемикання драйвера ключа і самого силового ключа в провідний (відкритий) стан.

Коли конденсатор Ct розряджається - на виході генератора, а отже і на вході A вентиля, представлений логічний нуль. На скидаючому (R) вході тригера представлена логічна «1», що викликає скидання виходу тригера в нуль і закриття вентиля, тобто схема в цьому стані ігнорує сигнали, що надходять з компаратора, а драйвер і вихідний ключ однозначно закриті. Тобто, вихід компаратора може встановити тригер тільки під час зарядки конденсатора Ct, ініціювавши повний або частковий цикл відкриття силового ключа. Скинути тригер і закрити ключ компаратор не може. Скидання тригера, незалежно від виходу компаратора, відбувається під час розряду конденсатора Ct.

Схема обмеження струму працює таким чином: в силовий ланцюг послідовно включається спеціальний резистор, який називається струмообмежуючим. Падіння напруги на ньому відстежується входом мікросхеми Ipk. Як тільки це падіння напруги стає більше 330мВ, схема забезпечує різке збільшення зарядного струму конденсатора Ct, різко скорочуючи, таким чином, час заряду і викликаючи якнайшвидший перехід до розряду і виключення вихідного ключа. На осцилограмі (рис. 2.20) спрацьовування схеми обмеження струму можна спостерігати як збільшення нахилу графіка напруги на конденсаторі Ct. Крім того, робота регулятора в режимі перевантаження може привести до збільшення часу розряду, оскільки зарядка великим струмом може призводити до перезаряду конденсатора Ct вище верхнього порогу.

Рисунок 2.20 - Осцилограма роботи схеми обмеження струму

Типова схема понижуючого стабілізатора представлена на рис. 2.21.



Рисунок 2.21 - Понижуючий стабілізатор на основі MC34063

Схема, представлена на рис. 2.21 складається крім MC34063 з дроселя L; часозадающого конденсатора С3, який визначає частоту перетворення. Максимальна частота перетворення для мікросхеми MC34063 складає близько 100 кГц. Дільник напруги на резисторах R2, R1 необхідний для схеми компаратора. На неінвертуючий вхід компаратора подається напруга 1,25 В від внутрішнього регулятора, а на інвертуючий вхід - з дільника напруги. Коли напруга з дільника стає рівною напрузі від внутрішнього регулятора - компаратор перемикає вихідний транзистор. Вихідний і вхідний фільтри, відповідно C2, С1. Ємність вихідного фільтра визначає величину пульсацій вихідної напруги. Якщо в процесі розрахунків виходить, що для заданої величини пульсацій потрібна дуже велика ємність, можна розрахунок зробити для великих пульсацій, а потім використати додатковий LC-фільтр. Ємність С1 зазвичай беруть 100...470 мкФ. Струмовідчуваючий резистор Rsc потрібен для схеми обмеження струму. Максимальний струм вихідного транзистора для MC34063=1.5 А. Якщо піковий перемикаючий струм буде перевищувати ці значення, то мікросхема може згоріти.

Виберемо світлодіод ASMT-AR00 фірми Avago Technologies з номінальним струмом 350 мА. Номінальні вхідна і вихідна напруги: Uin = 13,8 В, Uout=5 В і максимальний вихідний струм Iout = 350 мА. Вибираємо мінімальну вхідну напруга Uin (min) = 12 В і мінімальну робочу частоту fmin = 60 кГц при вибраних Uin і Iout.

Розрахуємо значення (ton + toff)max

де ton(max) - максимальний час, коли вихідний транзистор відкритий;

toff(max) - максимальний час, коли вихідний транзистор закритий.

Тоді

Розрахуємо відношення ton/toff

де UF - падіння напруги на вихідному фільтрі;

Usat - падіння напруги на вихідному транзисторі (коли він знаходиться в повністю відкритому стані) при заданому струмі.

Тоді відношення ton/toff становить

З формули видно, що чим більше Uin, Uout і чим більше вони відрізняються один від одного - тим менший вплив на кінцевий результат надають UF і Usat. Падіння UF дуже мало і ми їм сміливо можемо знехтувати. Usat визначається за графіками, наведеними в документації на мікросхему (рис. 2.22). Для нашого розрахунку вона приблизно складає Usat = 470 мВ.



Рисунок 2.22 - Залежність падіння напруги на колекторі транзистора вихідного від температури

Знаючи ton/toff і (ton + toff)max складемо систему рівнянь

,

і знайдемо з неї ton(max)

Знаходимо ємність часозадаючого конденсатора С3

Знаходимо піковий струм через вихідний транзистор

Цей струм вийшов менше максимального струму вихідного транзистора (1,5...1,6 А), якщо б він вийшов більше, то перетворювач з такими параметрами був би неможливий, або необхідно було б використати схему із зовнішнім транзистором.

Розраховуємо Rsc за формулою

Розраховуємо мінімальну ємність конденсатора вихідного фільтра

де Uripple - максимальна величина пульсацій вихідної напруги.

Тоді емність конденсатора С1 становить

В якості кількісної характеристики пульсації освітленості у вітчизняних нормах прийнятий коефіцієнт пульсації. Він дорівнює відношенню половини максимальної різниці освітленості за період до середньої освітленості за період, вираженій у відсотках. Розрахуємо максимальні пульсації вихідної напруги так, щоб коефіцієнт пульсації не перевищував 1 % при мінімальній напрузі бортової мережі

Розрахуємо мінімальну індуктивність дроселя

В цілому, чим вище частота перетворення - тим нижче мінімальна ємність вихідного конденсатора і мінімальна індуктивність дроселя.

Опір дільника розраховуємо із співвідношення

,

тоді

Виберемо найближчі значення з існуючих номіналів до розрахованих та створюємо схему представлену на рис. 2.23.

Рисунок 2.23 - Схема управління світлодіодами на основі MC34063

Вид розробленої печатної плати представлений на рис. 2.24, а, а її 3D модель - на рис. 2.24,б.

б

а

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.24 - Розроблений драйвер на основі MC34063: а - печатна плата; б - 3D модель печатної плати

2.5 Модернізація покажчиків повороту

Світові прилади покажчиків повороту працюють короткий час в повторно-короткочасному режимі, тому створення спеціальної схеми управління їх роботою не є доцільним. Виберемо ті ж світлодіоди що й для сигналів гальмування. Це доступний у вільному продажі червоний світлодіод ASMT-AR00 фірми Avago Technologies (рис. 2.25). Його прямий струм становить 350 мА, падіння напруги в прямому зміщенні - 2,1 В.

Рисунок 2.25 - Світлодіоди серії ASMT-Aх00

Проте в разі відсутності схеми управління світлодіод повинен мати послідовно з'єднаний резистор у своєму колі, для обмеження струму, що проходить через нього, інакше він вийде з ладу практично миттєво (рис. 2.26).

Рисунок 2.26 - Схема підключення світлодіода

Оскільки на автомобілі звичайно встановлюється шість покажчиків повороту, світлодіоди включаються паралельно кожен зі своїм струмообмежуючим резистором. Схема такого включення представлена на рис. 2.27.



Рисунок 2.27 - Схема підключення світлодіодів покажчиків поворота

Світлодіоди завжди розраховуються на певний струм. Це означає, що не існує, наприклад, 5 вольтових або 12 вольтових світлодіодів. Замість цього бувають світлодіоди на струм 20 мА або 50 мА і т.д. Відповідно, якщо потрібно живити світлодіод від 13,8 В (середня напруга на борту автомобіля), необхідно задати потрібний протікаючий через нього струм.

Для розрахунку R необхідно знати наступні параметри світлодіода:

- номінальний прямий струм через світлодіод Idmax;

- падіння напруги на світлодіоді Ud в прямому напрямку.

Згідно другого закону Кірхгофа маємо

,

звідки

Згідно закону Ома

.

Вибираємо найближчий резистор з існуючого ряду опорів R = 33 Ом. Потужність, що виділяється на резисторі, при цьому буде становити



В цілому, режим роботи світлодіода, коли через нього протікає вказаний виробником в описі струм, може бути вкрай небезпечним на автомобілі. Це пов'язано з нестабільністю напруги бортової мережі. У разі якщо напруга збільшиться, струм, що протікає через світлодіод, також збільшиться і може перевищити максимально допустиме значення, вивівши діод з ладу. Для світлодіода ASMT-AR00 максимальний прямий струм становить 0,5 А. Проте напруга, при якому струм досягне максимальних значень для даного світлодіода на борту легкового автомобіля неможлива.

2.6 Денні ходові вогні на основі мікросхеми MBI5026

Розглянемо можливість створення світлодіодних денних вогнів на основі мікросхеми MAX16820. Інтегральна мікросхема МАХ16820 фірми Maxim-Dallas представляє собою імпульсний понижуючий драйвер, формуючий постійний струм для живлення світлодіодів. Драйвер забезпечує ефективне з точки зору вартості рішення для систем внутрішнього і зовнішнього автомобільного освітлення, завдань архітектурного підсвічування, світлодіодних світильників і ламп, а інших програм де використовують світлодіоди.

Драйвер MAX16820 максимально відповідає додаткам, що працюють в широкому діапазоні вхідної напруги. Вхідна напруга лежить в діапазоні 4,5...28 В. Для живлення внутрішніх схем мікросхема містить вбудований стабілізатор напруги 5 В, здатний видати в навантаження струм до 10 мА. Стабілізатор має зовнішній вихід VCC. Між цим виходом і загальним проводом включається шунтувальний конденсатор номіналом 1 мкФ.

Струмозадавальний резистор RSENSE з точністю ±1 % визначає величину вихідного струму, а наявність входу DIM, на який може бути поданий сигнал з широтно-імпульсною модуляцією, дозволяє забезпечити плавну зміну яскравості світлодіодів в діапазоні 5000:1.

На відміну від більшості понижувальних перетворювачів загального призначення, що використовуються для живлення світлодіодів високої яскравості, в MAX16820 застосований гістерезисний режим управління. За рахунок цього драйвер забезпечує більш швидку перехідну характеристику і оптимальне керування ключовим транзистором.

Високочутливий датчик струму і вбудована схема стабілізації забезпечують стабільність вихідного струму не гірше ±5 % при мінімальній кількості зовнішніх елементів. MAX16820 допускають 10 % пульсацію струму в котушці індуктивності. Висока частота комутації (до 2 МГц) дозволяє використовувати недорогі малогабаритні котушки індуктивності.

При зниженні вхідної напруги MAX16820 включає схему блокування зниженої напруги (UVLO) з гістерезисом. Тобто, коли напруга на вході VIN падає нижче 4,5 В, на виході DRV встановлюється низький рівень, що вимикає зовнішній n-канальний польовий транзистор. Сигнал на виході DRV знову стає високим, як тільки вхідна напруга підніметься вище 5 В.

Структурна схема мікросхеми MAX16820 представлена на рис. 2.28.

Мікросхема МАХ16820 працює в автомобільному температурному діапазоні від -40°С до +125°С і доступні в мініатюрних корпусах TDFN з 6 виводами.



Рисунок 2.28 - Структурна схема мікросхеми МАХ16820

Розроблена схема підключення MAX16820 наведена на рис. 2.29.

Рисунок 2.29 - Схема управління світлодіодними денними ходовими вогнями

Для кожного денного світлового вогню використаємо 16 з'єднаних паралельно білих світлодіодів BL-FL7680UW фірми BetLux Electronics кожний з них зі своїм струмообмежуючим резистором. Таке включення забезпечує працездатність решти світлодіодів при виході з луду одного або декількох світлодіодів.

3. АНАЛІЗ ФУНКЦІОНУВАННЯ СИСТЕМИ ОСВІТЛЕННЯ ЯК ОБ'ЄКТУ КОНТРОЛЮ ТА УПРАВЛІННЯ

3.1 Ергономіка системи освітлення

У мінімальний обов'язковий комплект світлосигнальних приладів для автомобілю ВАЗ2115 входять: габаритні вогні - 2 передніх і 2 задніх; 2 сигнали гальмування, розташовані ззаду; миготливі покажчики повороту - 2 передніх, 2 задніх і бічні; ліхтар освітлення номерного знака. Розглянемо можливу процедуру заміни штатного освітлення на світлодіодне.

Щодо освітлення салону, то драйвер на основі HV9910 та світлодіод монтуються в центральний плафон освітлення салону замість звичайної лампи та патрону для неї. При цьому стандартна функція затримки вимкнення освітлення салону після закриття дверей (так зване ввічливе світло) залишаться не змінною. При відкриванні дверей водія центральний плафон включається автоматично і горить до тих пір, поки двері відкриті. Після закриття дверей освітлення салону залишиться включеним ще 12 с, після чого протягом чотирьох секунд буде плавно гаснути. При включенні запалення (перед відкриттям дверей або під час роботи пристрою затримки) плафон освітлення салону згасне без затримки. При відкритті дверей в режимі затримки вимкнення освітлення світло буде горіти, поки двері буде відкрита, а при закритті дверей пристрій затримки знову вимкнеться автоматично.

Далі розглянемо модернізацію покажчиків повороту. Схема включення покажчиків повороту і аварійної сигналізації автомобіля ВАЗ2115 представлена на рис. 3.1 [26, 27].

Модернізувати всі шість покажчиків повороту можливо аналогічно системі освітлення салону, тобто світлодіод з резистором (виконує функції драйвера) встановлюються замість стандартної лампи та її патрону.



Рисунок 3.1 - Схема включення покажчиків повороту і аварійної сигналізації: 1 - лампи покажчиків повороту в блок-фарах; 2-монтажний блок; 3-вимикач запалювання, 4 - вимикач аварійної сигналізації; 5-бокові покажчики повороту; 6-лампи покажчиків повороту в зовнішніх задніх ліхтарях; 7 - комбінація приладів з контрольними лампами покажчиків повороту, 8 - перемикач покажчиків повороту; К2-реле-переривник покажчиків повороту і аварійної сигналізації; А - до джерела живлення

Одначе тут виникає проблема. В електронне реле поворотів К2 вбудований вузол контролю цілісності ламп. Саме завдяки йому при перегоранні будь-якої лампи частота мигання збільшується в 2 рази, сигналізуючи про несправності. Наявність/відсутність лампочок визначається за значенням струму, спожитому лампочками. У світлодіодних ламп струм споживання в рази менше. Саме тому на автомобілі оснащеному світлодіодами електроніка вважає що як мінімум одна з ламп перегоріла і сигналізує про це.

Доопрацювати реле поворотів К2 для роботи зі світлодіодами можна наступним чином. Реле являє собою геркон, обмотаний кількома витками товстого дроту. Обмотка включена послідовно з лампами навантаження, і при номінальному струмі виникає магнітне поле, достатнє для спрацьовування геркону. Якщо ж одна з потужних ламп перегорає, струм зменшується, поле слабшає, геркон не замикається і починається миготіння з підвищеною частотою. Щоб уникнути цього потрібно просто замкнути геркон перемичкою. Контакти геркона виведені в середині реле вгору і до них припаяні проводки. Якщо з'єднати їх перемичкою (можна навіть не паяти а просто трохи відігнути контакти і поставити перемичку з тонкого дроту), то незалежно від струму ламп реле буде вважати що всі лампи справні і працювати зі штатною частотою. Якщо з якихось причин потрібно буде перейти від світлодіодів назад на лампи, то досить буде зняти цю перемичку і контроль знову запрацює.

Реле поворотів знаходиться в монтажному блоці (рис. 3.2) разом з іншими реле електрообладнання автомобіля [26, 27].

Рисунок 3.2 - Розташування реле і запобіжників в монтажному блоці: К1 - реле включення очищувачів фар; К2 - реле-переривник покажчиків повороту і аварійної сигналізації; К3 - реле очищувача вітрового скла; К4 - реле контролю справності ламп; К5 - реле включення стеклопод'емников; К6 - реле включення звукових сигналів; К7 - реле включення обігріву заднього скла; К8 - реле включення дальнього світла фар; К9 - реле включення ближнього світла фар; F1-F20 - плавкі запобіжники

Загалом система зовнішнього освітлення автомобіля ВАЗ2115 представлена на рис. 3.3 [26, 27].



Рисунок 3.3 - Схема включення зовнішнього освітлення: 1 - лампи габаритного світла в блок-фарах, 2 - підкапотна лампа, 3 - монтажний блок, 4 - вимикач підкапотної лампи; 5 - вимикач запалювання; 6 - перемикач зовнішнього освітлення (фрагмент); 7 - контрольна лампа зовнішнього освітлення в комбінації приладів; 8 - лампи габаритного світла і стоп-сигналу в зовнішніх задніх ліхтарях; 9 - ліхтарі освітлення номерного знака; 10 - регулятор освітлення приладів; 11 - вимикач стоп-сигналу, 12 - блок бортової системи контролю; К4 - реле контролю справності ламп; А - до джерел живлення; В - до ламп підсвічування вимикачів і приладів; С - до додаткового сигналу гальмування

Для коректної роботи світлодіодної системи освітлення також потрібно уникнути спрацьовування реле К4 (рис. 3.3). Його принцип дії такий же як і у реле К2, але будова набагато складніша. Найбільш раціональним з технічної точки зору рішенням в такій ситуації бачиться вимикання контролю справності ламп. Це можна зробити, якщо видалити реле К4 з монтажного блоку, а на його місці поставить контактні перемички, які показані на рис. 3.3 усередині реле [28].

Денні ходові вогні пропонується встановити в середині переднього бамперу як показано на рис. 3.4. Сигнали гальмування знаходяться на задніх крилах автомобіля і там також достатньо місця для встановлення запропонованих світлодіодних ламп. Додатковий сигнал гальмування встановлений у спойлері, але його заміна не потрібна оскільки він представляє собою лінійку світлодіодів червоного кольору.

Рисунок 3.4 - Місця встановлення денних ходових вогнів

3.2 Надійність та безпечність світлодіодної системи освітлення

У світлодіодних випромінювальних системах спад світлового потоку відбувається значно швидше, ніж у люмінесцентних лампах. Причиною цього є швидка деградація випромінювальних первинних елементів, білого люмінофора і полімерних матеріалів лінз.

Деградація кристала. Однією з причин деградації кристала світлодіода є зростання дефектів кристалічної решітки. Причому області кристала, де з'являються дефекти, продовжують споживати енергію і генерувати тепло без випромінювання. Іншою причиною деградації є електрична міграція в кристал матеріалів, з яких зроблені електроди. В кристал проникають атоми металів, з яких зроблені електроди, і порушують кристалічну структуру, утворюючи канали витоку, в результаті чого в багато разів зростає струм витоку. Значна частина струму починає проходити через металеві включення кристала, які не випромінюють світло. В результаті зменшується напруга на електродах світлодіода і зменшується світловий потік [18].

Цей процес протікає набагато швидше при високих робочих температурах і роботі світлодіодів при струмах, що перевищують номінальні значення. Залежність показників деградації кристалів від зворотного значення робочого струму представлена на рис. 3.5 [19].

Деякі виробники спеціально підвищують робочий струм світлодіода для отримання більшої яскравості, але при цьому не забезпечують відповідний відвід тепла. Як наслідок, термін служби кристала значно скорочується.

Рисунок 3.5 - Залежність показників деградації світлового потоку світлодіодів від щільності струму

На думку деяких фахівців, до виникнення дефектів в кристалічній решітці може привести дія статичної електрики.

Деградація люмінофора. Деградація люмінофора є основною причиною зниження світлового потоку світлодіодів. Більшість люмінофорів поступово втрачають свою ефективність, що може бути пов'язано як зі зміною валентності активаторів за рахунок окислення, так і деградацією кристалічної решітки, коли атоми дифундують через матеріал і хімічно реагують з навколишнім середовищем. Ці процеси протікають через велике питоме променисте навантаження і високі температури, оскільки люмінофор наноситься безпосередньо на кристал, який нагрівається і має велику густину випромінювання. Висока температура люмінофора може бути причиною безвипромінювальних переходів і оборотного зниження квантового виходу люмінесценції і світлового потоку світлодіода. Спільний вплив високого питомого навантаження оптичного випромінювання і високої температури здатні спровокувати кооперативні процеси, що призводять до перебудови структури випромінювальних центрів і стати причиною незворотного зниження квантового виходу люмінесценції і старіння світлодіода. В результаті деградації відбувається не тільки зниження квантового виходу люмінофора, але й зміна спектральних характеристик його світіння. Наприклад, при старінні люмінофора помітно проявляється синій відтінок світіння світлодіода, що пов'язано як зі зміною властивостей самого люмінофора, так і з тим, що в спектрі починає домінувати власне випромінювання кристала.

Що стосується безпечності світлодіодів, то безперервно зростаючі інтенсивність і щільність автомобільного руху на вулицях міст і на магістралях, особливо в темний час доби, зажадали введення специфічних вимог для забезпечення безпеки.

Основною проблемою освітлення дороги автомобільними фарами є необхідність забезпечення задоволення суперечливих вимог: гарне освітлення дороги на досить велику відстань і зменшення сліпучої дії фар на водіїв зустрічних автомобілів.

Відомі спроби знайти компромісне рішення шляхом створення спеціальних фар з особливим світлорозподілом, при якому сила світла променів, що йдуть вище горизонтальної площини, була б менше. Однак ці спроби не увінчалися успіхом. Поступово прийшли до висновку, що потрібно змінювати силу світла і розподіл світлового потоку фар при роз'їзді з зустрічними автомобілями. Так з'явилися фари з двухнитковими лампами дальнього і ближнього світла. Нитка дальнього світла розташована у фокусі відбивача, нитка ближнього світла - поза фокусом, в результаті чого світловий пучок ближнього світла пом'якшує осліплюючу дію фар зустрічних автомобілів.

Існує дві системи світлорозподілу фар, які забезпечують несліпуче ближнє світло фар: європейська та американська. Європейська та американська системи ближнього світла, взяті кожна окремо, рівноцінні. Однак при зустрічному роз'їзді автомобілів, обладнаних європейської та американської системами ближнього світла, їх водії ставляться в різні умови, і водій автомобіля, що має європейську систему, засліплюється в більшій мірі. Правда, обидві системи забезпечують не сліпучу дію тільки на прямій і рівній ділянці дороги при точній установці оптичних осей фар і своєчасному перемиканні на ближнє світло (на відстані 150 мм між автомобілями).

Сучасні швидкості і інтенсивність автомобільного руху вночі вимагають забезпечення зустрічного роз'їзду без зниження швидкості. Звідси стає зрозумілим завдання - знизити осліплюючу дію для водіїв зустрічних автомобілів лише в смузі зустрічного руху, забезпечуючи на достатній відстані хорошу видимість на смузі руху. Прагнення збільшити дальність видимості при високих швидкостях руху призвело до застосування більш потужних ламп; так з'явилися автомобільні галогенні лампи, що мають приблизно в 1,5 рази більшу силу світла. У цих ламп при потужності 55...60 Вт світловий потік приблизно вдвічі більше, ніж у звичайних ламп потужністю 40...45 Вт. Проте внаслідок великої сили світла галогенних ламп збільшується небезпека засліплення водіїв при зустрічному роз'їзді автомобілів і потрібне ретельне регулювання напряму променів фар.

В автомобілебудуванні досить давно застосовуються фари прямокутної форми. У прямокутних фар більше площа світловідбивача, більший світловий потік, отже, вони краще освітлюють дорогу. Крім того, форма розсіювача, витягнута в горизонтальній площині, дозволяє легше отримати гарний розподіл світлового пучка ближнього світла. Висота прямокутних фар менше, і їх легше вписати в передню частину автомобіля між капотом і буфером. Застосування в аматорському автомобілебудуванні чотирьохфарної системи з фарами зменшеного діаметру (145 мм) теж дозволяє знизити висоту капоту і передньої частини автомобіля.

4. ОХОРОНА ПРАЦІ ПРИ УСТАНОВЦІ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЇ СВІТЛОДІОДНОГО ОСВІТЛЕННЯ

При експлуатації автомобільного транспорту, тракторів, інших транспортних засобів необхідно керуватися міжгалузевими правилами з охорони праці на автомобільному транспорті, правил перевезення небезпечних вантажів автомобільним транспортом та іншими чинними нормативними правовими актами з охорони праці.

Технічний стан, обладнання та укомплектованість автомобілів всіх типів, марок, призначень, причепів, напівпричепів, а також всіх механічних засобів, що знаходяться в експлуатації, повинні відповідати правилам технічної експлуатації рухомого складу автомобільного транспорту та правилам дорожнього руху. Транспортні засоби повинні бути повністю укомплектовані відповідно до чинних технічних умов.

Технічний стан електрообладнання автомобіля повинне забезпечувати пуск двигуна за допомогою стартера, безперебійне і своєчасне запалювання суміші в циліндрах двигуна, безвідмовну роботу приладів освітлення, сигналізації та електричних приладів. Акумуляторна батарея повинна бути надійно укріплена. Не допускається течі електроліту з моноблока акумуляторної батареї.

Джерела штучного світла поміщають в спеціальну освітлювальну арматуру (освітлювальний прилад), яка забезпечує необхідну напрямок світлового потоку на робочі поверхні, захищає очі від сліпучого дії ламп, охороняє лампи від забруднення і механічних пошкоджень, а також ізолює їх від несприятливого зовнішнього середовища.

В залежності від розподілу світлового потоку в просторі, автомобільні освітлювальні прилади поділяють на три основні класи: прямого, розсіяного і відбитого світла.

Вимоги безпеки освітлювальних приладів (у тому числі, енергозберігаючих світильників), встановлених на автомобілі, повною мірою не сформульовані, законодавчо не обґрунтовані. Вони повинні охоплювати всі сфери безпеки використання енергозберігаючих світильників, починаючи з протипожежної безпеки і закінчуючи безпекою в роботі (санітарні норми).

Для відповідності вимогам пожежної безпеки енергозберігаючі прилади повинні бути сконструйовані таким чином, щоб їх пожежна безпека забезпечувалася як в нормальному режимі роботи, так і при виникненні можливих несправностей і порушенні експлуатації. Температура конструкційних елементів енергозберігаючих світильників не повинна бути вище критичної. У разі використання в конструкції енергозберігаючого освітлювального приладу трансформаторів, їх обмотки, повинні бути захищені від струмів короткого замикання і нагріву вище критичних температур для матеріалів, з яких вони виготовлені, за допомогою плавких запобіжників, термовимикачем або подібних пристроїв, які можуть бути вбудовані в трансформатор або розташовані всередині приладу за умови, що ці пристрої захисту доступні тільки за допомогою інструменту.

Світильники для автомобілів, які мають ланцюга, що живляться від трансформаторів, повинні бути сконструйовані так, щоб у разі короткого замикання, що виник при експлуатації, не відбувався нагрів конструкційних елементів трансформатора і пов'язаних з ним ланцюгів вище критичної температури для матеріалів цих елементів. Відкрита прокладка живлять проводів в конструкції підвісного світильника повинна бути виконана проводами марки ПВС або ПВСП або проводами, технічні характеристики яких не нижче зазначених марок. При установці автомобільного світильника в корпуси з горючих матеріалів місця їх примикання до інших конструкцій мають бути захищені прокладками з негорючих матеріалів завтовшки не менше 3 мм.

Вхідні проводи в люмінесцентний світильник повинні бути виконані через ізолюючу втулку. Що стосується санітарних норм, нераціональне штучне освітлення може проявлятися у невідповідності нормам наступних параметрів світлового середовища: недостатня освітленість салону, підвищена пульсація світлового потоку, неякісний спектральний склад світла, підвищена яскравість.

Відомо, що при тривалій роботі в умовах недостатньої освітленості і при порушенні інших параметрів світлового середовища зорове сприйняття знижується, розвивається короткозорість, хвороба очей, з'являються головні болі. У нормах для робочих зон і житлових приміщень наведені вимоги до двох кількісним світлотехнічним параметрам, що визначає якість світлового середовища і дозволяє знизити зорове навантаження на орган зору: до освітленості робочого місця, до яскравості поверхонь і джерел світла. Серед якісних показників світлового середовища дуже важливим є коефіцієнт пульсації освітленості. Коефіцієнт пульсації освітленості - це критерій оцінки глибини коливань (змін) освітленості, створюваної освітлювальної установкою, в часі. Величина коефіцієнта пульсації, згідно з цими нормами, повинна бути не більше 5...15 %. Серед показників якості світлового середовища пульсація освітленості займає особливе місце. Це ставлення вимірюється у відсотках. Так як при харчуванні люмінесцентної лампи змінним струмом частотою 50 Гц світловий потік створюється за половину періоду коливань, то цей світловий потік пульсує з подвоєною частотою відносно напруги живлення (100 світлових імпульсів в секунду). Пульсація світлового потоку від випромінювання люмінофора лампи в 100 Гц перевищує критичну частоту злиття світлових мигтіння (приблизно 75 Гц). За рахунок деякої інерції оці здається, що світловий потік і освітленість не дуже змінюються, хоча реально відбувається зміна цих величин біля середнього значення світлового потоку і освітленості (ЕСР). Збільшення коефіцієнта пульсації освітленості Кп знижує зорову працездатність людини, підвищує стомлюваність. На жаль, подібних норм для автомобільного транспорту просто не існує. Встановлено, що підвищена пульсація освітленості робить негативний вплив на центральну нервову систему, причому більшою мірою - безпосередньо на нервові елементи кори головного мозку і фоторецепторні елементи сітківки очей. Дослідження показали, що у людини знижується працездатність: з'являється напруга в очах, підвищується втома, важче зосереджуватися на складній роботі, погіршується пам'ять, частіше виникає головний біль. Негативний вплив пульсації зростає із збільшенням її глибини. На кожен з видів світильників існує державний стандарт, який встановлює обов'язкові вимоги до їх якості, в тому числі показники безпеки для життя, здоров'я, майна споживача і для навколишнього середовища при звичайних умовах його експлуатації. Сертифікати відповідності світильників видають після ретельної перевірки їх на відповідність вимогам цих стандартів. Для проведення сертифікації світильників вітчизняного виробництва необхідно мати умовне позначення світильників, яке встановлено ГОСТ 17677. Це позначення передбачає класифікацію світильників по типу застосовуваного джерела світла (перша буква в позначенні). за способом установки світильника (друга буква). Для автомобільних джерел світла подібної класифікації немає.

При виборі автомобільного світильника, варто враховувати масу вирішальних факторів, основним з яких є його відповідність усім вимогам безпеки.

5. ЕКОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ВИКОРИСТАННЯ СВІТЛОДІОДІВ В АВТОМОБІЛЬНІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ

На сьогоднішній день в якості енергозберігаючих джерел світла в більшості випадків застосовують люмінесцентні лампи, що містять ртуть і після завершення терміну експлуатації мають бути піддані обов'язковій утилізації, як відходи що містять ртуть. Але і при експлуатації можлива розгерметизація люмінесцентної лампи в приміщенні, що може привести до отруєння людей. У звичайній люмінесцентної лампи міститься близько 100 мг парів ртуті, при цьому гранично допустима концентрація цієї речовини в населених пунктах становить 0,0003 мг/м2. Відповідно, якщо в приміщенні площею 40 м2 випадково розбити одну лампу, то концентрація парів складе 2,5 мг/м2, що в 8000 разів перевищує безпечну норму. Також виробники люмінесцентних ламп не люблять згадувати про кількість ламп, які, врешті-решт, опиняються на смітнику, незважаючи на прийняті суворі заходи з переробки цих ламп, адже одна розбита лампа здатна зробити непридатною для пиття 27 кубометрів води. За даними роботи [29] щорічно в Україну на 1 млн. населення припадає близько 75000 відпрацьованих люмінесцентних ламп. Вартість утилізації 1000 люмінесцентних ламп становить 520 гривень. Неважко підрахувати, що щорічні витрати тільки на утилізацію люмінесцентних ламп повинні становити суму близько 5400000 гривень.

Також останні дослідження показали, що енергозберігаючі лампи у людей з чутливою шкірою можуть викликати роздратування, а іноді і запалення шкірного покриву.

У конструкції світлодіодів не застосовуються небезпечні речовини типу ртуті та спеціальної утилізації не потрібно. В світінні світлодіодів немає інфрачервоного, ультрафіолетового та інших шкідливих для здоров'я людини випромінювань. Найважливіше те, що вони більш чисті, нешкідливі і можуть служити десятки років.

Тепер проведемо порівняльний аналіз впливу світлодіодних, люмінесцентних ламп і ламп розжарювання на людину і навколишнє середовище. Біле світло, що випромінюється світлодіодами, найбільш сприймаємо оком людини, на відміну від випромінюваного лампами розжарювання жовтого світла. Наукові дослідження показали, що біле світло поліпшує колірне сприйняття, а відповідно контрастність та глибину видимого простору. А так само підвищує бачення в темний час доби на 40 ... 100 % в порівнянні з іншими кольорами спектру. При цьому за рахунок спеціально розрахованого кута падіння світла, світлодіодні світильники не сліплять, на відміну від газорозрядних ламп випромінюючих світло на 360о. При цьому контрастність світлодіодних ламп в 400 разів перевищує світло інших джерел штучного походження. Світлодіодні лампи не мають ефекту постійного, дратівного для очей мерехтіння, настільки властивого люмінесцентним лампам. Це знімає зайве навантаження з очей і благотворно впливає на здоров'я людини.

Яскравим прикладом може служити компанія EcoLEDs яка для просування своїх продуктів на ринок вибрала екологічні показники світловипромінюючих діодів в якості основних факторів, здатних переконати споживачів. Їй вдалося створити яскравий світлодіод, що споживає всього 10,8 Вт і використовує всього один світлодіодний модуль. За яскравістю світлодіод аналогічний лампі розжарювання в 100 Вт. Температура на поверхні лампи не перевищує 50о. Ці лампи використовують звичайну квартирну електропроводку і вставляються в патрон для ламп розжарювання. Заміна однієї лампи розжарювання на світлодіодну лампу скоротить викид в атмосферу вуглекислого газу за рахунок економії енергії на 4 т протягом періоду експлуатації лампи (понад 50000 год.).

Світлодіод має характерний спектр випромінювання, в якому немає ультрафіолетового та інфрачервоного діапазону. Ця особливість надзвичайно важлива там, де потрібно забезпечити збереження освітлюваних об'єктів (наприклад, в музеях) або ж знизити загальну температуру в приміщенні (що важливо і для дому, і для офісу) [30].

Незважаючи на те, що світлодіоди пропонуються покупцям як безпечна, екологічно чиста альтернатива традиційним лампочкам, в роботі [31] стверджується , що на самому ділі вони містять свинець, миш'як та десяток інших потенційно небезпечних речовин. Про це йдеться в дослідженні американського департаменту здоров'я населення та профілактики хвороб. Як стверджує голова цього департаменту Оладеле Огунсеітан, світлодіоди підносяться як нове покоління приладів освітлення, але, намагаючись знайти рішення, які економлять енергетичні ресурси, необхідно проявляти пильність щодо токсичності нових технологій. Вчені департаменту досліджували світлодіоди різних кольорів у різдвяних гірляндах і автомобільних фарах і стоп-сигналах. З'ясувалося, що малопотужні червоні світлодіоди містили свинцю у вісім разів більше норми. Білі світлодіоди містять менше свинцю, але при цьому в них велика кількість нікелю. За попередніми результатами дослідження вчені зробили висновок, що через великий вміст свинцю і миш'яку малопотужні червоні світлодіоди несуть ризик розвитку онкологічних захворювань. Свинець, миш'як і безліч інших металів в світлодіодах і пов'язаних з ними деталях, провокують ракові захворювання, неврологічні порушення, захворювання нирок, гіпертонію, шкірні висипання та інші хвороби. Мідь, що використовується в деяких світлодіодах, також представляє екологічну загрозу для риб та екосистем річок і озер. Зрозуміло, контакт з світлодіодом не призводить автоматично до раку, але може стати переломним моментом при постійному впливі іншого канцерогену. Вчені попереджають, що світлодіоди представляють ще більшу небезпеку, коли, наприклад, маленькі діти тягнуть яскраві лампочки в рот. Таким чином, існує ризик отруїтися речовинами присутніми на кожному етапі в процесі виробництва, використання та утилізації світлодіодів, говориться в дослідженні. Споживачі, виробники та служби екстреного реагування повинні знати про це і бути обережними: використовувати рукавички і маски при збиранні зламаних світлодіодних ламп, а самі світлодіоди повинні перероблятися, як небезпечні відходи, а в даний час світлодіоди не класифікуються як токсичні матеріали і вивозяться на звичайні звалища.

Також прилади з застосуванням світлодіодів повинні відповідати нормативам фітобіологічної безпеки. Переоцінка місця світлодіодів в правилах безпеки мала значний вплив на процес впровадження на ринок не тільки приладів з використанням світлодіодів, але також будь-яких приладів, що містять не лазерні джерела випромінювання [32].

В минулому питання потенційної небезпеки оптичного випромінювання для людського організму ставилося тільки до лазерів і джерел ультрафіолетового випромінювання. Однак, таке ставлення було допустимим у минулому, коли потужність світлодіодів була далека від сучасних рівнів. Поглянувши на багато з сучасних світлодіодів, легко переконатися в збільшенні їх оптичної потужності. В результаті ситуації, що склалася зараз існує нагальна необхідність розробки відповідних норм фітобіологічної безпеки світлодіодів.

Фотобіологія вивчає взаємодію оптичного випромінювання з живими організмами. Оптичним випромінюванням називають електромагнітне випромінювання з діапазонами довжин хвиль між 100 нм в області глибокого ультрафіолету (УФ) до 1 мм в області далекого інфрачервоного діапазону (ІК). Проте в практичних цілях цей діапазон часто обмежений величинами 200...3000 нм. Це обмеження обумовлено атмосферним поглинанням довжин хвиль коротше 200 нм і незначним впливом низькоенергетичних фотонів в далекій ІЧ області.

Так як тканина має сильний коефіцієнт поглинання оптичного випромінювання, а глибина поглинання простирається від декількох мікрон для УФ до декількох міліметрів для ІК, то очевидно, що очі та шкіра людського організму піддаються найбільшій небезпеці опромінення. Біологічним відгуком на таке опромінення є процеси перетворення енергії, що відносяться до двох широких категорій фотохімічних або теплових взаємодій. Фотохімічні взаємодії переважають в короткохвильовому діапазоні, де фотони мають найбільшу енергією, у той час як теплові взаємодії домінують на довгохвильовому кінці спектра.

При фотохімічному взаємодії світло певної довжини хвилі (і, отже, енергії) збуджує електрони молекул клітин, що призводить до розпаду або перебудові хімічних зв'язків всередині них. Це може безпосередньо впливати на ДНК, прив'язуючи основні пари один до одного і створюючи розрив у ланцюгу ДНК. В якості побічного явища при цьому можуть створюватися високоактивні вільні радикали. Вони можуть взаємодіяти з ДНК і викликати перебудову її структури, а в інших клітинах, таких як фоторецептори клітковини, вони можуть викликати порушення молекулярної функції і загибель клітини. Відомо, що пошкодження ДНК, вчасно не усунуте, може потенційно привести до виникнення раку.

Механізми, що лежать в основі теплових взаємодій, пов'язані з поглинанням світла і відповідним підвищенням температури незахищеної ділянки, що в свою чергу призводить до денатурації протеїну і температурному руйнування клітин.

У той час як теплові взаємодії представляють однаковий ступінь небезпеки на всіх довжинах хвиль, сильна залежність фотохімічних взаємодій від довжини хвилі характеризується функціями визначення небезпеки. Такі функції є зворотними функціями дози (або енергії), яка потрібна, щоб викликати певний рівень нормалізованої реакції, в залежності від довжини хвилі: низький рівень вимагає більшої дози і навпаки.

Більш того, в той час як вплив теплового випромінювання низької інтенсивності може бути ослаблено відведенням тепла від опроміненї ділянки, то фотохімічні взаємодії зазвичай підкоряються закону Бунзена-Роско про взаємозалежність. Цей закон говорить, що фотохімічні процеси залежать від дози, означаючи, що тривалий вплив випромінювання низької інтенсивності призводить до такого ж пошкодження, що й короткочасне опромінення випромінюванням високої інтенсивності.

Обговорюючи небезпеки для шкіри і очей, слід розглянути три сценарії: опромінення шкіри, опромінення зовнішньої поверхні ока (рогівки, слизової оболонки і кришталика) і опромінення сітківки.

При опроміненні шкіри частина падаючого світла відбивається, а частина, що залишилася проникає через епідерміс і дерму. Головну небезпеку для шкіри представляє УФ випромінювання, яке може привести до прямого пошкодження ДНК внаслідок фотохімічного взаємодії, і тим самим викликати відому запальну реакцію у вигляді еритеми (сонячний опік). Інша небезпека полягає в утворенні активних вільних радикалів, які можуть атакувати ДНК і інші клітини шкіри, такі як колаген. Цей структурний протеїн забезпечує еластичність шкіри, тому ушкодження колагену призводять до дегенеративних змін еластичної тканини, і в результаті - до утворення зморшок і старіння шкіри. Небезпека теплового опіку теж присутня, однак вона не так актуальна, тому що ступінь опромінення звичайно обмежується болем. Шкіра може виробити захисний механізм в результаті повторного опромінення УФ: потовщення зовнішніх шарів шкіри допомагає зменшити проникнення УФ, також проводиться поглинає УФ меланін, який дає ефект засмаглої шкіри. Опромінення поверхневих покривів очей справляє ефект, аналогічний реакції шкіри. Домінуюча небезпека лежить в УФ діапазоні, випромінювання якого може викликати фотокератит (осліплення зварюванням або сніжна хвороба), це запальна фотохімічна реакція яка виникає в рогівці і слизовій оболонці. Ще можливий розвиток УФ катаракти (помутніння) кришталика. В ІК діапазоні реакцією на тривале інтенсивне опромінення може бути інфрачервона катаракта. Згідно спектральної характеристиці прозорості кришталика, розглядати опромінення сітківки слід тільки в діапазоні 300...1400 нм. Винятком є особливий випадок афакічність очей, коли кришталик або ще не утворився або був видалений в ході операції. Механізмом переважного ушкодження при часі опромінення, що перевищує 10 с, є фотохімічна реакція на блакитний колір (фоторетініт), в результаті якої створюються вільні радикали, які руйнують як фоторецептори, так і пігментний епітелій сітківки. При більш коротких часових проміжках опромінення переважає небезпека теплового взаємодії, що викликає денатурацію протеїну та ключових біологічних компонентів сітківки.

Око має низку захисних механізмів, які реагують тільки на видимі подразники (380...780 нм). Сюди входять реакції аверсії (моргання, рух голови, а також звуження зіниці, щоб обмежити кількість світла, що досягає сітківки) і постійні рухи ока (саккад), які допомагають уникати тривалого опромінення однієї і тієї ж області сітківки.

Проаналізувавши ці фотобіологічні проблеми, міжнародна комісія із захисту від неіонізуючого випромінювання (МКЗНІР) опублікувала значення величин граничного впливу для кожної з розглянутих небезпек. Ці значення були засновані на порогах руйнувань, викликаних впливом оптичного випромінювання в експериментах над тканиною тваринного походження.

Хоча таким чином і визначився показник захисту, в розрахунок не були прийняті аномальна світлочутливість або присутність фотосенсітайзерів в тілі або в шкірі (включаючи певні фармацевтичні препарати, косметику та рослини). У 1993 році, коли компанією Nichia були створені рентабельні GaN світлодіоди, в перший раз були розглянуті проблеми фітобіологічної безпеки світлодіодів, так як міжнародна електротехнічна комісія (МЕК) прийняла рішення включити світлодіоди в рамки існуючих стандартів для лазерів IEC60825. У такого рішення була подвійна мотивація. По-перше, при такому вирішенні світлодіоди могли б вважатися технологічними посередниками між лазерами і звичайними лампами завдяки їх вузькому спектральному діапазону, невеликому розміру і потенційно вузькоспрямованого просторового розподілу випромінювання. Друга причина полягала у використанні ІЧ-світлодіодів в волоконно-оптичних системах зв'язку, в яких застосовувалися також і лазерні діоди.

У 1996 і 2001 р. робилися спроби по кращому позиціонуванню світлодіодів в рамках лазерних стандартів, головним чином за рахунок перегляду принципів безпеки, що мало наслідки для всіх типів лазерів. Однак при цьому виникли проблеми, пов'язані з тим, що рівні небезпеки були завищені, в основному через те, що не був прийнятий до уваги факт розхідності світлодіодного випромінювання.

Паралельно з розробкою IEC60825, світлотехнічне інженерне товариство Північної Америки (IESNA) опублікувало в 1996 році документ ANSI / IESNA RP27.1 «Рекомендовані нормативи фітобіологічної безпеки для ламп і лампових систем: загальні вимоги». Цей документ очолив цілий ряд нормативів, які стосуються нелазерних джерел випромінювання. У 2002 р. МЕК взяла за основу ANSI / IESNA RP27.1, щоб опублікувати свій стандарт S009/E-2002 «Фотобіологічна безпеку ламп та лампових систем», тим самим поширивши ці норми по всьому світу.