Как устроен и работает светодиод

Основные характеристики LED-элементов

Как и в любом оборудовании характеристики играют очень важную роль при выборе и приобретении

Сейчас мы рассмотрим основные параметры, на которые следует обратить внимание

Ток потребления и его параметр у светодиода

Ток светодиодов зависит от их типоразмера, а иногда даже от цвета. Обычно этот параметр имеет значение 0,02 А. Если же в одном корпусе вмонтировано 4 кристалла, то и ток возрастает соответственно, и будет равен 0,08 А.

Лампа ближнего света автомобиля на светодиодах

При самостоятельном монтаже схемы к каждому светодиоду монтируется резистор, который ограничивает величину тока, тем самым защищая его от быстрого выхода из строя.

Номинальное напряжение световых диодов

Как такового понятия напряжения для таких элементов не существует. Лучше воспользоваться другим термином –падение напряжения на светодиоде. Это означает показатель, насколько меньше стало напряжение при прохождении через элемент. Есть усредненные значения этого показателя, которые зависят напрямую от цвета свечения. При синем, зеленом и белом цвете это 3 В, а вот для желтого и красного – 1,8-2,4 В.

При смешении разных цветов светодиодов рождается белый

Показатели значения сопротивления

В целом знать значение сопротивления светодиода не требуется – эта информация ничего не даст. Ведь если он подключен правильно, то оно незначительно, если же нет, то полное. Интересен факт, что сам по себе этот показатель у подобных элементов является динамическим. Это значит, что если добавить напряжения, то сопротивление начнет падать и наоборот.

Мощность светодиодных ламп, их световой потока и его угол свечения

Угол свечения LED-элементов может быть разным. Обычно он варьируется от 20 до 1200. Вообще их основной световой поток более интенсивен в центре, а ближе к краям рассеивается. За счет этого и достигается большая освещенность при меньшей мощности. Если сравнить потребляемую мощность LED и обычной лампы накаливания, то можно увидеть следующую картину.

Мощность лампы накаливания, Вт	Мощность светодиодов, Вт
100	12-12,5
75	10
60	7,5-8
40	5
25	3

Вот такими тусклыми были первые светодиоды

В целом получается, что LED-элементы в 8 раз ярче «лампочек Ильича» при той же потребляемой мощности, или же при одной и той же силе светового потока светодиоды потребляют энергии в 8 раз меньше ламп накаливания.

Цветовая температура подобных компонентов

Гамма цветовых температур подобных элементов достаточно обширна. Для того, чтобы уважаемому читателю было более понятен диапазон, предлагаем ознакомиться с данными в форме таблицы.

Цвет и его температурное обозначение	Температура цвета, К	Примерные области использования
Белый	Теплый	2700—3500	В квартирах, домах и офисах.Этот свет наиболее приближен к дневному и оттенку ламп накаливания
Нейтральный (дневной)	3500—5300	Рабочие места на производстве. Дает прекрасную освещенность, при этом не искажая цвета предметов
Холодный	свыше 5300	Уличное освещение. Такой цвет более ярок и интенсивен
Красный	1800	Декоративная и фито-подсветка
Зеленый	—	В качестве фито-подсветки, а так же подсветки предметов в интерьере
Желтый	3300	Так же потолочная в квартире и подсветка рабочей зон кухни
Синий	7500	Декоративная подсветка натяжных и подвесных потолков, стен

Цветовая гамма светодиодов довольно обширна

Наиболее распространенные размеры кристаллов

Размеры чипа измеряются в величине, обозначаемой «mill». Если говорить о привычной нам величине измерения, то 1 mill = 0,0254 мм. Наиболее распространенные размеры, это 24×24, 24×40, 35×35 и 40×40 mill. Для примера кристалл, размером 40×40 mill равен 1,143 х 1,143 мм, а его потребляемая мощность – 1 Вт.

Но наиболее интересно сейчас узнать, что же собой представляют SMD-элементы и какими свойствами они обладают.

В этом светодиоде содержится 50 кристаллов

Основные технические характеристики

Чтобы понять, подойдёт ли данный тип LED-ленты для решения поставленных задач, необходимо узнать её параметры. Для этого предлагаем рассмотреть основные технические характеристики светодиодной ленты SMD 5050.

Напряжение питания

Значительная часть светодиодных лент рассчитана на работу от сети постоянного тока напряжением 12 В, что обусловлено несколькими факторами:

• +12 В – это стандарт, применяемый для многих видов аккумуляторов, включая автомобильные;
• +12 В позволяет запитать группу из 3-х последовательно включенных светодиодов любого цвета с минимальными потерями на ограничивающем резисторе;
• +12 В является наиболее безопасным напряжением для человека.

Светодиодная лента SMD 5050 на 12 В – это оптимальный вариант для конструирования подсветки в домашних условиях, т.к. для её подключения можно воспользоваться не только готовым блоком питания, но и блоком питания от компьютера или аккумулятором от ИБП.

Также в продаже можно найти светодиодные ленты SMD 5050 на 24 В и 36 В, подключаемые к соответствующему БП постоянного тока, и с питанием от сети переменного тока 220 В, подключаемые через диодный выпрямитель. Модели с таким напряжением не пользуются большой популярностью по разным причинам, в т.ч. из-за большой кратности резки. Для адресной ленты SMD 5050 напряжение питания составляет 5 В.

Степень защиты от влаги и пыли

Важным параметром при выборе светодиодной ленты является степень защиты от внешнего воздействия твёрдых предметов и воды (IPXX). Пренебрегать этим параметром нельзя, т.к. он влияет на стоимость и на способность изделия противостоять негативному влиянию внешних факторов в процессе эксплуатации. Как правило, внешняя оболочка светодиодных лент SMD 5050 имеет следующий класс защиты:

1. IP20 – от твёрдых предметов диаметром более 12,5 мм и никак не препятствует попаданию воды. Такое изделие не имеет никакого покрытия и может применяться только внутри сухих помещений (гостиные, спальни, офисы).
2. IP33 – от твёрдых предметов диаметром более 2,5 мм и от капель воды. В данном случае покрытие выполнено из тонкого слоя лака. Кроме сухих помещений, лента может применяться для подсветки кухни, где существует вероятность попадания на неё водяных капель.
3. IP54 – с частичной защитой от пыли и брызг воды в виде силиконового слоя только со стороны элементов. Как и в предыдущем варианте, такая лента предназначена для оформления интерьера кухонь и прочих помещений с временно повышенной влажностью.
4. IP65 – с полной защитой от пыли и струй воды. В данном случае защитный слой – это силиконовое покрытие со всех сторон. Светодиодная лента с IP выше 65 вполне подходит для уличной подсветки и ванных комнат.
5. IP67 – выдерживает кратковременное нахождение под водой. Визуально от изделий с IP65 отличается типом оболочки (ПВХ профиль и силикон сверху). Она прекрасно подходит для авто- и вело- тюнинга.
6. IP68 – наивысшая степень пыле и влагозащиты. Такая LED-лента размещена внутри ПВХ-трубки и способна длительно без повреждений выдерживать воздействие воды под давлением. Сфера её применения – украшение бассейнов и фонтанов.

Плотность светодиодов

Этот параметр указывает на количество светодиодов в одном погонном метре ленты и может принимать значения: 30, 60, 120 и 240 шт./м. Чем выше плотность монтажа, тем больше световой поток и мощность потребления светодиодной ленты SMD 5050. Чтобы не допустить деградации светодиодов, ленту с плотностью 120 и 240 светодиодов на метр необходимо клеить на алюминиевый профиль.

Иногда вместо плотности (шт./м.) на бобине можно увидеть надпись «количество – 300 шт.» Это значит, что производитель указал общее количество светодиодов в ленте длиной 5 метров. Соответственно плотность такой ленты стандартная – 60 шт./м.

Световой поток

Для монохромных и RGB светодиодных лент SMD 5050 результирующая величина светового потока зависит от цвета свечения. Известно, что глаз человека лучше всего воспринимает зелёный свет. Поэтому RGB лента, включённая в режиме зелёного света, кажется наиболее яркой. Также не стоит забывать о том, что световой поток LED-ленты «Эконом» класса примерно на 30% ниже, чем у «Премиум» класса. Причём существенная разница в качестве может наблюдаться даже у одного производителя. Например:

• Foton SMD5050-30led/m-RGB-IP20-Econom – 180 lm;
• Foton SMD5050-30led/m-RGB-IP20-Premium – 270 lm.

На световой поток белой светодиодной ленты SMD5050 влияет цветовая температура (оттенок). Для чипа SMD 5050 нейтрального света (4500-5500°K) нормой считается световой поток 18 лм; тёплого света (3000-4000°K) – 16 лм; холодного света (6000-7500°K) – 20 лм. Умножая данные значения на плотность, получим суммарное количество люмен, испускаемых одним метром светодиодной ленты.

Таблица напряжения светодиодов

Чтобы светодиод обеспечивал при работе все характеристики, заданные его конструкцией и технологией изготовления, ему нужно обеспечить расчетное электропитание. Например, подать на его анод и катод напряжение, которое будет немного больше прямого напряжения p-n перехода. Избыток напряжения следует «погасить» на последовательно включенном резисторе. Резистор называется токоограничивающим. Он служит для того, чтобы не допустить превышения тока через p-n переход.

У светодиода два контактных вывода – анод и катод, катод короче анода. Если длина одинаковая, то определить их можно пальчиковой батарейкой. Если появился свет, значит, перед вами анод.

Таблица. Прямое напряжение p-n перехода светодиода цветного свечения.

Цвет свечения	Напряжение рабочее, прямое, В
белый	3,5
красный	1,63–2,03
оранжевый	2,03–2,1
желтый	2,1–2,18
зеленый	1,9–4,0
синий	2,48–3,7
фиолетовый	2,76–4
инфракрасный	до 1,9
ультрафиолетовый	3,1–4,4

Схемы подключения светодиодов

Приступая к подключению светодиодов, следует руководствоваться определенными правилами. Следует придерживаться схемы, так как ток движется в одном направлении.

Расчет сопротивления светодиода

Чтобы узнать, как рассчитать сопротивление для светодиода, достаточно вспомнить закон Ома, описывающий зависимости искомого параметра (R) от значения силы тока (I) и напряжения (U): R = U/I. Если надо подключить светодиод на 3 В, рассчитанный на силу тока 0,02 А к блоку питания на 5 В, придется убрать лишних 2 В путем включения в схему резистора с достаточным сопротивлением равным 100 Ом.

Закон Ома поможет рассчитать напряжение

Иногда по результатам расчета может получиться, что сопротивление светодиода следует увеличить на нестандартную величину, приобретя резистор с ближайшим большим значением сопротивления, чем требуется. Световой поток, излучаемый прибором, слегка уменьшиться, хотя визуально этого заметно не будет.

Схема подключения светодиода к сети 220 В

Используемый источник питания определяет порядок выборы схемы подключения светодиода к сети 220В. Возможно использование:

• Драйвера с ограниченным током. Силу тока рассчитывается заранее. От резистора в этом случае можно отказаться. Количество подключаемых резисторов зависит от характеристик драйвера;
• Специального стабилизатора напряжения.

Схема подключения к 220 В

Параллельное и последовательное подключение

Светодиоды могут подключаться последовательно и параллельно. В первом случае требуемое напряжение будет равно сумме падений напряжений каждого элемента. При параллельном включении складываются значения силы тока. При использовании приборов с разными параметрами, рассчитываются характеристики для каждого из резисторов в отдельности.

Вариант последовательного и параллельного подключения

Подключение светодиодов к 12 В

Подключение светодиода выполняют в следующей последовательности:

Фото	Описание работ
	Рассчитываем сопротивление резистора.
	К катоду диода припаиваем резистор с сопротивлением равным либо превышающим расчетное.
	Подключаем светодиод к источнику питания и проверяем его работоспособность.

Таким образом, несложно разобраться в характеристиках светодиодов 3 Вт и больше, а также самостоятельно выполнить их установку.

RGBW и RGBWW светодиодные ленты

Для достижения лучшего качества белого цвета цветной светодиодной лентой помимо трехцветных светодиодов на ленты стали устанавливать дополнительные белые светодиоды, который управлялись по отдельному каналу. Такие светодиодные ленты маркируются как RGBW. Белый светодиод в таких лентах имеет цветовую температуру порядка 6000К. Причем остается возможность включения белого света путем комбинации всех цветов или отдельным каналом белыми светодиодами.

Белые светодиоды могут устанавливаться поочередно с RGB светодиодами, но для достижения лучшего качества чаще всего такие ленты имеют два ряда светодиодов, один RGB, другой белые светодиоды 5050. В последнее время на ленты RGBW все чаще стали устанавливать новые светодиоды, на которых помимо трех цветных кристаллов имеется и кристалл белого светодиода.

Но на этом не остановились, и добавили еще один светодиод с теплым белым светом с цветовой температурой в пределах 2900K. Такую светодиодную ленту маркируют RGBWW. Самый простой способ реализации заключается в установке помимо отдельного холодного белого светодиода еще одного теплого белого светодиода. Сейчас встречаются даже комбинированные белые светодиоды, способные излучать как белый, так и теплый белый свет, и комбинированные светодиоды с пятью кристаллами.

Применение белого и теплого белого светодиода позволяет более точно установить требуемый оттенок белого света, и к тому же получить его большую яркость.

Что такое RGB светодиодная лент?

RGB светодиодная лента – это светодиодная лента на основе гибкой печатной платы, на которой установлены трехцветные (цветные) RGB светодиоды, благодаря которым светодиодная лента может испускать практически любой цвет и оттенок.

Чем отличаются RGB светодиодные ленты от обычных светодиодных лент?

RGB светодиодные ленты отличаются от обычных монохромных LED лент установленными светодиодами, методом подключения и управления, а также возможностью в любое время включать любой оттенок цвета. Для их подключения и управления цветом требуется установка специального управляющего драйвера.

Где используются RGB светодиодные ленты?

RGB светодиодные ленты могут использоваться наравне с обычными монохромными светодиодными лентами, имея при этом ряд преимуществ перед ними. Но в большинстве случаев RGB LED ленты применяются для декоративной подсветки в помещениях.

Что такое RGBW и RGBWW светодиодные ленты?

RGBW и RGBWW светодиодные ленты – это все те же RGB светодиодные ленты, но с некоторыми модификациями. В RGBW светодиодных лентах имеется дополнительные белые светодиоды с цветовой температурой около 6000К, которые управляются по отдельному каналу. RGBWW светодиодные ленты помимо белого холодного светодиода имеют еще и теплый белый светодиоды с цветовой температурой около 2900К.

Излучающий кристалл

История применения полупроводников старше начала использования ламп электронного типа. Попов А.С., который считается изобретателем радио, искал с помощью нехитрого полупроводникового устройства наличие радиоволн. Первый диод Попова (детектор) был изготовлен из полупроводникового кристалла, зафиксированного в держателе, и пружинного заостренного контакта из вольфрама или стали. Этот контакт опирался на площадь полупроводника, и в зависимости от точки соприкосновения можно было найти наиболее четкий сигнал радиостанции.

Способность некоторых кристаллов излучать свет под действием тока была обнаружена чуть позже, случайно, но в первое время не использовалась на практике. Теперь же светодиоды широко применяют и в спецтехнике, и в быту.

Обозначение и цветовая маркировка

У каждого производителя собственная маркировка светодиодов. Например, в обозначении светодиода – LED-WW-SMD5050 его буквенные и цифровые элементы имеют расшифровку:

• LED – светодиод;
• WW – цвет свечения Warm White – белый теплый 2700-3500 K;
• SMD – корпус для поверхностного монтажа;
• – размеры корпуса в десятых долях миллиметра – 5,0×5,0.

Варианты аббревиатур оттенков белого света:

• DW – Day White – белый дневной (4000-5000 K);
• W – White, белый чистый (6000-8000 K);
• CW или WC – Cool White – белый холодный (8000-10 000 K);
• WSC – White Super Cool – белый суперхолодный , цветовая температура 15 000 К с характерным синеватым оттенком;
• NW – Neutral White – нейтральный белый – 5000 K.

Есть и другие обозначения светодиодов и цветов, система пока окончательно не стандартизована, поэтому производители используют разные числовые значения и названия оттенков белого света.

Графическое и буквенное изображение на схеме

Анод, он же плюс светодиода на электрических схемах изображается треугольником. Катод (минус) — поперечной черточкой.

Внешний вид светодиода АЛ307 и его обозначение на чертежах и схемах.
Часто используемым сокращением является латинская аббревиатура HL

Подробное описание

1. На дешевых светодиодах основание делают из алюминия, его теплопроводность хуже, чем у меди. Это значительно влияет на массу. Скорость отвода тепла от КР уменьшается, при работе их температура становится выше.

2. Кристалл имеет очень маленькие размеры, для подачи питания его соединяют тонкими проводниками с внешними контактами. Лучше всего если их 4,хуже всего 2 штуки.

3. В фирменных диодах проводники изготавливают из тонких золотых нитей, они выдерживают скачки тока, особенно в автомобиле. Золото заменяют на медь или позолоченную медь. Наверное многие из вас видали дневные ходовые огни или светодиодные лампы которые мигают. При нагреве контакт с Кр теряется, при охлаждении появляется снова.

4. Медь гораздо тяжелей алюминия или других сплавов на его основе. Поэтому хороший LED должен быть тяжелым. Для маломощных 1W, 3W, 5W разница будет небольшой. А начиная от 10W и до 100W, разница в весе будет 2-3 раза.

5. Стандарт L70 и L80 определяют количество часов, которые он проработает до снижения светового потока до 70% и 80% от первоначального. Китайцы пишут для всех стандартное значение в 30.000ч. и 50.000ч.

6. По характеристикам светодиоды имеют максимальную рабочую температуру в 60°. Уже 70° для них критические, требуется большая система охлаждения. Хорошие проработают положенное время в 50-70 тысяч часов при 110°.

7. Самые плохие дают 50 лм/вт, хорошие до 130лм/вт, лучшие до 200 лм/вт. Покупая у китайцев не надейтесь, что будет более 100 лм/вт.

8. Все белые лед чипы без люминофора светят синим цветом. Для придания ему теплого белого или нейтрально белого цвета наносят желтый люминфор. Он бывает разным, недорогой быстро выгорает. Это приводит к смещению цвета в сторону голубого и изменению индекса цветопередачи. Индекс CRI ниже 80 не пригоден для жилых помещений.

9. Цветопередача отвечает за точность передачи цветов предметом, которые мы видим при светодиодном освещении. При низком CRI <80 цвета будут сильно искажены, поэтому светодиодные светильники и лампы с CRI <80 используют в уличном освещении, в подсобных и нежилых помещениях.

10.От размера КР зависит сила тока, которую можно на него подавать. Квадратные светодиодные COB матрицы (сборки, модули) состоят из обычных кристаллов на 1W и 3W. Для них стандартный 30mil, 45mil. Для мощных COB LED на 10W, 20W, 30W, 50W, 100W могут быть размерами 24*24mil, 24*44mil, 44*44mil.

Для маломощных LED могут быть разных размеров, даже по 2-3 КР в одном корпусе, подключенных последовательно или параллельно.

11. Это же относится и к мощным светодиодам RGB. По размерам КР на 1W и 3W могут быть одинаковыми. Плохие маркируются как на 1Вт, которые лучше обозначаются 3Вт.

12. Косвенно о качестве можно узнать по разбросу параметров используемых КР. Их включают, чтобы слегка светились. Некоторые будут светить гораздо ярче других, это большой разброс. Чем равномерней они светят, тем лучше.

13. Качество сборки и установки КР влияет на срок службы. Все элементы подвергаются сильному нагреву и остыванию, материалы расширяются и сжимаются. Если отвод тепла ухудшается, то около него начинает чернеть люминофор.

Мир светодиодов: краткий обзор предложений современных производителей

Первые удачные эксперименты были проведены более ста лет назад. Но только в конце 70-х прошлого века удалось создать образцы, пригодные для коммерческого применения.

Разные комбинации полупроводниковых материалов создают волны определенной длины

Для зеленого цвета применяют AlGaInP (Алюминий-Галий-Фосфид индия). Красный получается с использованием AlGaAs (Алюминий-Арсенид галлия). Долгое время не могли найти комбинацию для синего. Только в 90-х годах был найден подходящий состав, за который авторы получили Нобелевскую премию. Сочетание перечисленных цветов позволило создать белый свет. С этого времени был дан старт массовому внедрению технологий данной категории в разные сферы человеческой деятельности.

Индикаторные светодиоды

Конструкция прибора DIP типа

Для концентрации светового потока функции отражателей выполняет опорная пластина и стенки. Такие приборы выпускают с выпуклыми линзами и прямоугольными торцами диаметром от 3 до 10 мм. Их подключают к источникам питания 2,5-5 В с ограничением по току до 20-25 мА. Угол рассеивания не превышает 140°. Яркость – до 1,1 люмен.

Индикаторные светодиоды ранее применяли для создания фонарей, светофоров, информационных стендов и рекламных табло. В наши дни появились новые модификации полупроводниковых приборов с большей силой света.

Оригинальная подсветка сценических костюмов

На практике пригодятся следующие преимущества индикаторных светодиодов:

• низкая стоимость;
• хорошая защищенность от влаги и других неблагоприятных внешних воздействий;
• безопасные токи и напряжение питания;
• небольшое потребление энергии.

Последний пункт надо дополнить низким выделением тепла. Такие устройства способны функционировать долгосрочно в широком температурном диапазоне без специальных охлаждающих радиаторов.

Осветительные светодиоды

Полупроводниковые приборы SMD, как наиболее распространенные изделия, подробно рассмотрены ниже. Их создают в стандартных размерах на специальной подложке, которая хорошо приспособлена для последующего монтажа на печатную плату.

Излучающее поле лампы, созданное из SMD светодиодов

Для улучшения защищенности полупроводники закрепляют на подложке внутри литого пластикового корпуса. Верхняя полусферическая часть образует линзу, что помогает сузить световой поток.

«Пиранья». Грозное название этой категории подчеркивает высокую эффективность приборов

Следующая группа изделий создана специально для освещения. На подложке размещают синие светодиоды. Сверху – слой люминофора. В данном случае применяют большее количество кристаллов на единицу поверхности по сравнению с технологией SMD. Это позволяет получить сильный световой поток.

Мощную матрицу категории COB (Chip On Board) надо охлаждать. Такие лампы устанавливают в автомобильные фары ближнего и дальнего светаТехнология Chip On Glass («Чип-на-стекле»)

На фото изображены основные стадии производственного процесса:

1. Создается подложка из стекла нужной формы.
2. На ней закрепляют последовательно полупроводниковые кристаллы.
3. Сверху устанавливают слой люминофора.
4. Далее – финишное защитное покрытие.

В цоколе лампочки размещают блок питания, который создает постоянное напряжение с нужной силой тока.

Плюсы и минусы осветительных светодиодов

Выяснив, какие бывают светодиоды, надо перечислить их преимущества по сравнению с альтернативными изделиями:

• Лучшие полупроводниковые приборы способны обеспечить более 200 люменов на 1 Вт энергии. Это потребление на 80-85 % меньше по сравнению с типовыми лампами накаливания.
• Качественные светодиодные светильники устойчивы к вибрациям, перепадам напряжения в сети. Долговечность лучших изделий приближается к 100 тыс. часов, что эквивалентно белее чем 11 годам непрерывной эксплуатации.
• Отсутствие ртутных и других вредных соединений вместе с прочной рассеивающей колбой повышает уровень безопасности.

Не забывайте, что в экономический расчет надо включать все сопутствующие расходы. Светодиодные источники, сделанные известными производителями, стоят дорого. Только через несколько лет получится окупить первоначальные инвестиции. Также надо отметить:

• Мерцание при недостаточно качественной сборке блока питания.
• Небольшой угол рассеивания.
• Различные технические характеристики в одной товарной партии.
• Узкий диапазон цветовой температуры, несоответствие параметра паспортным данным.

Как устроены и чем отличаются светодиоды разных типов

Светодиоды можно классифицировать по разным критериям. Основное отличие – в технологии и электрических параметрах.

DIP

Сокращение DIP пошло от слов Direct In-line Package. Такие светодиоды известны еще с конца прошлого века. Устройство представляет собой стеклянную или пластиковую прозрачную колбу размером 3 или 5 мм, в которой находится полупроводниковый кристалл. Колба является линзой и формирует направленный пучок света. Кристалл закрепляется на катоде, который с помощью провода соединяется с анодом. Из корпуса выходят контакты в виде металлических ножек, через которые светодиод и включается в схему.

По форме бывают круглые, овальные, прямоугольные. Напряжение питания – до 5 В при 25 мА.

Обычно внутри линзы располагается один кристалл, но есть модели с двумя и более разных цветов. Такие модели могут оснащаться тремя и четырьмя выводами. Принцип работы светодиода подобного вида задает микрочип.

Dip светодиоды являются малоточными, они используются в гирляндах, для индикации, в подсветке, уличном освещении. По сравнению с SMD диодами они имеют следующие преимущества:

• яркость;
• направленный световой поток;
• долгий срок службы при работе на улице;
• потрeбление электроэнергии.

Основной недостаток – большой размер, от 3 мм.

SMD

Светодиоды SMD – это приборы для крепления на поверхность. В настоящее время этот тип диодов является самым востребованным. С их появлением расширились возможности создания осветительных систем. Начали уменьшаться размеры светильника, монтаж автоматизирован.

Как устроен светодиод SMD – излучающий кристалл закреплен на подложке, от которой отводится тепло. К ней вмонтированы выходы. Внутри размещен управляющий чип. Защитой является овальная или сферическая линза из стекла или пластика.

Преимущества SMD:

• небольшая цена;
• надежность;
• срок службы;
• высокая светоотдача.

SMD светодиоды в смеху включаются при помощи специального клея. Самые маленькие диоды имеют размер 0,6х0,3 мм. Максимальная яркость – 8000 кд/кв.м.

Существует технология, при которой кристалл наносится на проводящую подложку без использования корпуса. В качестве защиты используется специальный слой, который выбирается по назначению светодиодов.

Используются для подсветки интерьеров, уличных билбордов, рекламных экранов с широким разрешением.

COB

Chip On Board (COB) светодиоды имеют большое количество кристаллов на одной подложке. Также их называют светодиодной матрицей. Сверху заливается люминофором.

Основные преимущества:

• простота монтажа;
• хороший поток света;
• высокий CRI;
• разнообразие форм.

Недостатки:

• стоимость;
• самый срок службы;
• светоотдача ниже, чем у SMD.

КОБы активно используются в создании ярких прожекторов и в других светильниках, где требуется акцентированная подсветка.

Миниатюризация

С развитием микроэлектроники стали широко применяться специальные микросхемы, однокристальные микропроцессоры. Все это не исключает использования навесных элементов. Однако если для этой цели использовать радиоэлементы обычных размеров, то это сведет на нет всю идею миниатюризации в целом. Поэтому были разработаны бескорпусные элементы – smd компоненты, которые в 10 и более раз меньше обычных деталей. ВАХ таких компонентов ничем не отличается от ВАХ обычных приборов, а их уменьшенные размеры позволяют использовать такие запчасти в различных микросборках.

Принцип работы smd компонента также не отличается от его большого аналога, и если, к примеру, рассматривать ВАХ диода, то она в одинаковой степени будет подходить для полупроводников любого размера. По току изготавливаются от 1 до 10 ампер. Маркировка на корпусе часто состоит из цифрового кода, расшифровка которого приводится в специальных таблицах. Протестировать на пригодность их можно тестером, как и большие аналоги.

smd 5630 и 5730

smd 5630 представляет собой однокристальный мощный прибор (см. таблицу выше), способный создать световой поток до 57 люмен. Благодаря встроенной защите, собранной на двух стабисторах, прибор в состоянии выдерживать импульсный ток до 400 мА и переполюсовку. Светодиод имеет 4 вывода, но в работе кристалла участвуют только два. Оставшиеся два и металлическая подложка используются для лучшего теплоотвода. Цвет свечения светодиода – белый разной цветовой температуры.

Внешний вид и внутренняя схема светодиода 5630

Приборы 5730 могут быть как одно, так и двухкристальными. Первые имеют сходные с 5630 характеристики, вторые вдвое мощнее (1 Вт) и в состоянии создавать световой поток до 158 лм.

Внешний вид светодиода 5730

Оба типа приборов излучают белый свет различной цветовой температуры и могут использоваться для изготовления мощных светодиодных лент, ламп, прожекторов.

Автомобильная лампа на 5630 и стоваттный прожектор на 5730

Технические характеристики SMD 2835.

Светодиоды SMD 2835 – мощные полупроводниковые источники света с прямым напряжением от 2,8В до 7,2В и силой прямого тока до 30мА.

Сила светового потока при этом в зависимости от номинала варьируется от 20лм до 63лм. В качестве материалов светоизлучающего кристалла используются Индий (In), Галлий (Ga) и Нитроген (N).

Применение легирующих добавок и разнообразных технологий производства позволяют получить различные оттенки белого свечения: чистый белый, дневной и теплый белый.

Корпус светодиодов SMD 2835 изготавливается из термоустойчивого пластика, линза – из прозрачной эпоксидной смолы.

Отличительной особенностью представленных светодиодов является большая контактная площадка (теплоотводящая подложка), обеспечивающая дополнительный отвод тепла, накапливаемого в процессе свечения.

Типоразмер 2835 указывает на габаритные размеры светодиода – 2,8×3,5 мм.

Монтируются светодиоды на поверхность по SMD-технологии (Surface Mounted Device) с помощью групповой пайки или с использованием термо воздушной паяльной станции. Процесс оплавления рекомендуется проводить в атмосфере азота при соблюдении временно-температурных условий пайки.

Катодный вывод чип-светодиодов 2835 визуально определяется небольшим срезом угла корпуса и более коротким выводом. При подключении питания следует учитывать полярность светодиодов.

Также запрещено подключать светодиоды напрямую к источнику питания. В качестве ограничительного стабилизатора тока необходимо использовать драйверы питания или резисторы. При этом на каждую цепочку последовательно соединенных светодиодов подключается отдельный резистор.

Повышенная рабочая температура среды составляет не более +85°С, пониженная рабочая температура – не ниже -40°С. Потери мощности не превышают 200 мВт. Угол свечения широкий – 120°. Срок службы не менее 10 000 ч.

В качестве примера рассмотрим характеристики SMD 2835 белого цвета свечения с цветовой температурой 5500°K.

В зависимости от состава люминофора white SMD 2835 выпускается в тёплом, нейтральном и холодном белом свете с коэффициентом цветопередачи не менее 75%.

Максимально допустимый прямой ток равен 180 мА, импульсный – 400 мА с шириной импульса до 10% от периода. При этом разброс прямого напряжения может составить 2,9-3,3В.

Излучаемый световой поток достигает 50 лм с углом рассеивания 120°. Работая на номинальном токе, white SMD 2835 рассеивает порядка 0,5 Вт мощности и требует дополнительного охлаждения, при этом диапазон рабочих температур светодиода составляет от -40 до +65 °C.

Все приведенные характеристики подразумевают использование светодиодов с индексом 2835 при температуре окружающей среды Ta=25°C. Однако в реальности чип работает в гораздо менее комфортных условиях. Отводу тепла мешает защитный силиконовый слой или рассеиватель лампы, да и температура в комнате порою выше, чем 25°C.

На первом графике видно, что номинальный ток 180 мА можно подавать на светодиод только при Ta=0…30°C. С ростом температуры рабочий ток необходимо снижать, чтобы не перегреть кристалл. Уже на 80 градусах ток следует ограничить на уровне 50 мА, что и делают малоизвестные китайские производители светодиодной продукции. Не заботясь об эффективном охлаждении, они умышленно занижают рабочий ток.

В реальности можно рассчитывать на светоотдачу, равную 80–90% от паспортного значения. Ещё более сильно на световой поток влияет величина прямого тока, 100% светоотдача возможно лишь при 180 мА, а для этого нужен идеальный отвод тепла.

Если рассматривать, допустим, низкокачественные китайские светодиодные лампы, где реальный ток на одном чипе равен около 50 мА, то относительный световой поток будет составлять не больше 25% от номинала. Кроме этого светоотдача плавно снижается во время работы светодиодов и спустя 3000 часов составит около 95% от исходного состояния. Наглядно это показано на следующем графике. Заниженная светоотдача и рабочий ток вовсе не показатель подделки, эти параметры характеризуют реальные условия работы светодиода в чипе SMD 2835.