Что такое светодиод?
Светодиод (СД, англ. LED – Light-emitting diode) – полупроводниковый высокоэффективный источник света, излучающий свет при протекании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его цвет свечения определяется длиной волны излучения, которая зависят от химического состава вещества полупроводника. При протекании электрического тока в прямом направлении, носители заряда – электроны и дырки – рекомбинируют с излучением фотонов.
В корпусе светодиода может находиться один кристалл (однокристальные светодиоды) или несколько кристаллов (многокристальные светодиоды или матрицы).
Современные светодиоды можно условно разделить на несколько основных групп по потребляемой мощности: индикаторные, сверхъяркие и мощные.
Индикаторные компактные светодиоды имеют относительно небольшую силу света (до 100 мкд). Рабочий диапазон тока около 20 мА. Эти светодиоды обычно выпускаются в стандартном корпусе с выводами (диаметр основания 3 мм или 5 мм). Применяются обычно в оптических индикаторах.
Сверхъяркие светодиоды обычно собираются на полупроводниковых кристаллах малого и среднего размера (от 200х200 мкм до 500х500 мкм) и имеют высокие световые характеристики (сила света до 10 кд, средний световой поток в белом цвете порядка 20–30 лм и более). Рабочий диапазон токов от примерно 20 мА до 150–200 мА. Могут быть выполнены в стандартном корпусе с выводами (диаметр основания 3, 5 или 10 мм) или в корпусе для поверхностного монтажа (smd-светодиоды). Имеют широкий спектр применений – световая реклама, дорожные светофоры и указатели, автомобильная светотехника, экраны, мобильные телефоны и т.д.
Мощные имеют самые большие размеры и наибольшие значения световой отдачи (более 50 лм/Вт для белого цвета). Потребляемая мощность в номинальном режиме (ток 350 мА) составляет около 1 Вт. Допускается применение при токах 500 мА и 700 мА, повышение рабочего тока позволяет увеличить световой поток. Выпускаются в корпусе для поверхностного монтажа (smd-корпус). Основное применение – архитектурное освещение, аварийное и эвакуационное освещение, общее освещение.
Чем светодиоды Cree отличаются от других светодиодов?
Основное отличие светодиодов Cree от светодиодов других производителей:
- • повышенная эффективность (увеличенная интенсивность света и уменьшенная мощность), достигаемая за счет использования кристаллов нитрида галлия (GaN), выращенных на подложках из карбида кремния (SiC);
- • улучшенные тепловые свойства корпуса светодиода благодаря использованию более совершенных материалов.
В белых, синих, голубых и зеленых светодиодах Cree используются кристаллы нитрида галлия (GaN), выращенные на подложках из карбида кремния (SiC), а не на подложках из сапфира (Al2O3), как у других производителей светодиодов. Такая технология, запатентованная Cree, позволяет получить структуры с меньшей концентрацией дефектов и, как следствие, с большей эффективностью. Применение (в последнем семействе кристаллов EZ) улучшенной системы электрических контактов позволяет понизить прямое напряжение и, как следствие, потребляемую мощность, а формирование на поверхности кристалла специальной структуры – улучшить вывод света из кристалла.
В светодиодах Cree применяются материалы с улучшенными тепловыми характеристиками для производства корпуса, что позволяет обеспечить очень низкое тепловое сопротивление между p-n переходом кристалла и нижней гранью основания светодиода.
Светодиоды Cree одноваттные или трехваттные?
При токе 350 мА светодиоды Cree работают в одноваттном режиме, при токе 700 мА – в трехваттном.
Номинальный рабочий ток светодиодов Cree серии XR-E, XR-C, XP-E и XP-C по официальным данным производителей составляет 350 мА. Прямое падение напряжения при этом токе составляет в среднем 3,2…3,3 В. Следовательно, потребляемая мощность в номинальном режиме будет примерно 1,1…1,2 Вт. Таким образом можно считать, что при номинальном токе режим работы светодиодов Cree одноваттный.
При токе 700 мА можно эксплуатировать светодиоды серии XR-E и XP-E, при этом увеличивается световой поток, но снижается эффективность (лм/Вт). Прямое напряжение в данном случае составляет в среднем 3,5 В, а потребляемая мощность – в среднем около 2,5 Вт. Поэтому можно сказать, что при токе 700 мА режим работы светодиодов Cree серии XR-E и XP-E соответствует трехваттному.
Какой цветовой диапазон температур белого цвета светодиодов, как правильно его подобрать?
Диапазон цветовых температур светодиодов Cree белого цвета составляет 2600…10000 К и делится на 3 области:
- • теплый белый (2600…3700 K);
- • естественный белый (3700…5000 K);
- • холодный белый (5000…10000 K)
Выбор цветовой температуры источников света зависит от освещаемого объекта. Для освещения в маленьком помещении, настольного света лучше использовать теплый или естественный белый цвет, для освещения больших помещений – естественный или холодный белый цвет. Для наружного освещения также лучше использовать холодный или естественный белый цвет.
Что такое светодиодный кластер?
Светодиодный кластер – представляет собой печатную плату на алюминиевом или текстолитовом основании с установленными светодиодами. Печатная плата служит для электрического подключения светодиодов в изделии, а также является первичным теплоотводом. Светодиодные кластеры предназначены для модели-
рования и сборки световых приборов.
Что такое драйвер?
Драйвер – представляет собой источник постоянного стабилизированного тока, предназначенный для электропитания светодиодов и светодиодных кластеров от электросети. Драйверы выполняются в виде печатной платы с компонентами и могут быть корпусированы. Возможно размещение электронных компо-
нентов драйвера непосредственно на плате кластера.
Как правильно подключить драйвер к светодиодному кластеру?
Светодиодный кластер подключается к драйверу, а драйвер подключается к внешней сети переменного тока или к источнику постоянного напряжения. Драйвер является источником стабилизированного постоянного тока и обеспечивает работу светодиода в таком режиме.
Драйвер является электронным устройством и может быть чувствителен к броскам и перепадам напряжения. Правильно осуществлять подключение драйвера и кластера к внешнему источнику питания (сети переменного тока или источника постоянного напряжения) следующим образом:
- 1. Подсоединить кластер к выходу драйвера.
- 2. Вход драйвера (к которому подключен кластер) подключить к внешнему источнику питания.
Если необходимо в светодиодом устройстве поставить выключатель, позволяющий прерывать и возобновлять работу кластера, его надо включать в участок цепи между драйвером и внешним источником питания, а не между драйвером и светодиодным кластером. Последнее может привести к выходу из строя драйвера и кластера.
Почему светодиод питается током, а не напряжением?
Излучающим элементом светодиода является полупроводниковый кристалл. Излучение в таком кристалле происходит в процессе рекомбинации отрицательных (электронов) и положительных (дырок) носителей заряда в области p-n перехода при протекании электрического тока. Излучение света определяется интенсивностью рекомбинации, пропорциональной числу электронов и дырок, которое определяет величину тока.
Получается, что интенсивность оптического сигнала пропорциональна величине тока через светодиод.
Как рассчитать теплоотвод для светодиодов, кластеров, светильников?
Первичным теплоотводом в светодиодном изделии является печатная плата, на которую монтируется светодиод. Потребляемая мощность светодиода в номинальном режиме составляет 1 Вт. Для отвода такой тепловой мощности достаточно площади теплоотвода 1 кв. дюйм.
Если площадь платы под светодиодом примерно соответствует данному значению, такое устройство не нуждается в дополнительном теплоотводе при работе светодиода в номинальном режиме. В противном случае, нужен дополнительный теплоотвод, суммарная площадь которого должна быть приблизительно равна по значению потребляемой электрической мощности устройства в рабочем режиме.
При расчете теплоотвода нужно учитывать предельное значение температуры p-n перехода светодиода в рабочем режиме (для светодиодов Cree она равна 150 C, максимальная рабочая температура корпуса 85 C).
Что такое линза?
Линза (оптика) – оптическое устройство, позволяющее перераспределять световой поток от источника света. Для светодиодов используется два типа линз: первичная оптика является составной частью корпуса; вторичная оптика – отдельный компонент, монтирующийся на светодиод.
Что такое полный угол излучения?
Под полным углом излучения обычно понимают значение угла кривой силы света в определенной плоскости сечения для заданного уровня, составляющего определенную величину от максимального значения силы света. Обычно, по умолчанию, этот уровень определяется как половина максимального значения. Если источник света сферически симметричный, то все плоскости сечения одинаковые, если нет, то, обычно, даются значения углов в двух перпендикулярных плоскостях.
Как правильно приклеить линзу?
У линз Ledil есть на нижней стороне посадочного места самоклеющийся состав, линзу надо приклеиватьна него, предварительно протерев и, желательно, обезжирив место монтажа. У линз Carclo нет самоклеющегося состава, линза вставляется в держатель, для монтажа держателя надо использовать прозрачный клей на основе цианакрилата, следуя всем правилам работы с таким клеем.
Что такое кривая силы света?
Кривая силы света (КСС) – характеризует распределение силы света светового прибора в пространстве. Представляется в виде графика в полярной или прямоугольной декартовой системе координат. В каталогах на светильники значения силы света приводятся в условных единицах, приведенных к световому потоку 1000 лм [кд/клм].
