Характеристики светодиодов и отличительные особенности. Классификация светодиодов по их области применения
- Характеристики светодиодов и отличительные особенности. Классификация светодиодов по их области применения
- Вольт-амперная характеристика белого светодиода. Производные величины
- Характеристики светодиодов 3 мм. Виды, характеристики, маркировка SMD-светодиодов
- Характеристики светодиодов 5 мм. Основные параметры светодиодов в светодиодных лампах, ленте, светильниках
- Forward voltage светодиода. Series resistor
- Напряжение светодиодов по цветам. Как узнать, какой светодиод стоит в лампе
Характеристики светодиодов и отличительные особенности. Классификация светодиодов по их области применения
Изначально светодиоды применялись в качестве индикаторов
Элементы led-освещения различаются по области их применения. Основные типы светодиодов: индикаторные и осветительные. Устройства не одинаковы, каждые имеют свои отличительные особенности и технические параметры.
Индикаторные светодиоды
Первый LED-светильник появился в середине прошлого века. Прибор имел тусклое красноватое свечение, небольшую энергетическую эффективность. Несмотря на недостатки, разработки в данном направлении были продолжены. Спустя 20 лет появились варианты с желтым и зеленым оттенком. К началу 90-х сила светового потока достигла 1 Люмена. К началу 2000-х значение достигло уровня 100 Люменов.
В 1993 году японские инженеры представили светодиод синего цвета. Свет устройства стал значительно ярче предшественников. С этого момента на рынке стали появляться устройства с разным свечением – сочетание синего, зеленого, желтого и красного позволяют создавать любой цвет и оттенок.
В настоящее время разработки продолжаются. Появляются новые виды светодиодов. При этом сохраняется низковольтное потребление при увеличении силы светового потока.
Осветительные светодиоды
Первые модели с низкой светимостью (DIP) были пригодны для индикаторной работы (например, в темноте виден выключатель – горит небольшой красный светодиод). Современные устройства позволяют освещать значительные площади – бытовые и промышленные помещения. Мощность светодиода выросла – LED-прибор для фонарика с показателем 3Вт аналогичен лампе накаливания на 25-30Вт. Потребление электроэнергии меньше примерно в 10 раз.
Такие светодиоды получили название осветительные благодаря основной области применения. Используются в лентах, фарах, лампах, других изделиях. Изготавливаются в отдельных корпусах, которые допускают поверхностный монтаж.
Основное отличие – выдают только белый свет холодного или теплого оттенков. Классификация:
- SMD – популярны модели с рассеивающим элементом на 100-130°; подложка для лампы из меди или алюминия, не нагреваются;
- СОВ – более мощные, сверхъяркие, состоят из множества небольших кристаллов, угол рассеивания значительный;
- Filament – обладают самым низким КПД (в сравнении с SMD), часто используются как декоративные элементы, изготавливаются различных размеров и форм.
Исходя из назначения и параметров помещения, выбирают оптимальный вариант. Характеристики осветительных устройств указаны на упаковке и в технической документации.
Вольт-амперная характеристика белого светодиода. Производные величины
- Прямая вольт-амперная характеристика If ( Uf ) (рис. 2а).
Рис. 2. ВАХ светодиодов:
а) прямые;
б) обратные.
На сносках показаны примеры ВАХ для различных материалов излучающих кристалловПоказывает динамику изменения прямого тока при изменении приложенного напряжения в прямом смещении светодиода. Применяется для расчета динамических характеристик устройств управления и питания светодиодов, а в совокупности с P ( Ta ) или P ( If ) (подробно эти параметры описаны в разделе «Группа фотометрических и энергетических характеристик излучения. Производные величины » ) — для расчетов светотехнических характеристик при изменении указанных электрических параметров. Крутизна ВАХ характеризует динамические характеристики светодиода.
- Обратная вольт-амперная характеристика Ir ( Ur ) (рис. 2б).
Показывает изменение обратного тока в зависимости от приложенного обратного напряжения. Как и параметр Ir (обратный ток), может косвенно определять качественные показатели структуры и светодиода.
- Динамическое сопротивление Rdyn (рис. 3).
Рис. 3. Потребляемая электрическая мощность Pdis и динамическое сопротивление Rdyn. На сноске сверху показана исходная прямая ВАХ
Показывает отношение приращения прямого тока к приращению изменения прямого напряжения. Используется при расчетах нагрузочных характеристик буферных каскадов, ключевые элементы которых управляют режимом работы светодиода.
- Потребляемая электрическая мощность Pdis (рис. 3).
Показывает потребляемую электрическую мощность при заданном прямом токе (заданной плотности тока) через светодиод ( p-n -переход). Применяется для расчетов источников питания для светодиодов или устройств на их основе, расчетов КПД, эффективности излучения и др.
- Температурная зависимость прямого тока If ( Ta ) (рис. 4).
Рис. 4. Семейство ВАХ светодиодов при разных температурах. На сноске сверху — экспоненциальный участок при малых токах
Зависимость значения прямого тока от температуры окружающей среды при неизменном прямом напряжении .
- Температурная зависимость прямого напряжения Uf ( Ta ) (рис. 4).
Зависимость значения прямого напряжения от температуры при неизменном прямом токе .
- Зависимость прямого напряжения от времени наработки Uf ( t ) (рис. 5).
Рис. 5. Зависимость прямого напряжения от времени наработки
Применяется для коррекции электрических режимов светодиода или оконечных устройств управления им со временем наработки.
- Вольт-фарадная характеристика Сf ( Uf ) (рис. 6).
Рис. 6. Пример вольт-фарадной характеристики
Зависимость емкости структуры излучающего кристалла, обусловленной наличием объемного заряда в приповерхностной области полупроводника, от приложенного к ней напряжения. Используется для определения качества гетероструктуры.
Характеристики светодиодов 3 мм. Виды, характеристики, маркировка SMD-светодиодов
Освещение – важное условия для работы и комфорта человека. Долгое время применялись в качестве источников света лампы накаливания, потом люминесцентные лампы, для мощных прожекторов и фонарей использовали галогеновые лампы, ДРЛ и ДНаТ.
В XXI веке произошла смена поколений осветительных приборов, и рынок более чем на половину занимают светодиодные светильники, их часто называют на зарубежный манер LED-светильниками или лампами. В зависимости от конструкции и мощности они представляют собой либо светодиодные COB-матрицы, либо сборки из отдельных светодиодов .
Разновидности светодиодов
Первые LED-светильники и лампы строились на базе 5-мм выводных светодиодов . Они не отличались высокой энергоэффективностью, ценой и надежностью, но это была первая ступень в развитии нового источника света. Долгое время такие светодиоды применялись в качестве индикаторов бытовой и промышленной технике и в качестве излучателей для носимых фонариков.
Позже их заменили светодиоды выполненные в безвыводных корпусах, так называемые SMD (surface mounted device, рус. приборы для поверхностного монтажа).
Если 5 мм светодиоды монтировались в плату через отверстия, то SMD запаиваются прямо на поверхность платы, что ускоряет их сборку и снижает стоимость светильника. У них вместо ножек расположены контактные металлические площадки, от 2 и более штук, в зависимости от количества цветов и кристаллов в одном корпусе.
В общем случае выделяют три типа светодиодов:
1. Выводные (3, 5, 10 мм – диаметр колбы и прочие).
2. SMD (их разнообразие мы рассмотрим в этой статье).
3. COB светодиоды – это матрицы из кристаллов расположенных на плате под единым слоем люминофора. Расшифровывается, как Chip-On-Board, рус. чипы на плате. Их внешний вид на рисунке выше.
СМД светодиоды используют в лампах с различными цоколями , прожекторах, светодиодных лентах, настольных LED-лампах и прочих осветительных приборах.
Характеристики SMD светодиодов
Изначально наибольшую популярность получили модели светодиодов 3528 и 5050, сейчас они встречаются в основном на светодиодных лентах , в светильниках их практически не применяют, отдавая предпочтение 5630 светодиодам и другим современным моделям.
SMD-светодиоды в своей маркировке содержат свои габаритные размеры – длину и ширину, при этом в оригинальных светодиодах в каждом из видов корпусов, независимо от того 3528 это или 5730 устанавливается свой тип светодиодного кристалла с особыми характеристиками.
К сожалению, китайские производители под видом современных 5730 не брезгуют продажей кристаллов 3528 в новом корпусе. В обзоре напряжение питания я указывать не буду, т.к. для всех белых светодиодов оно обычно лежит в пределах 2.8 – 3.4В.
SMD3528 технические характеристики
Светодиоды 3528 представляют собой что-то вроде аналога стандартного 5-мм светодиода, но в SMD корпусе. Имеют характеристики:
ток – 20 мА;
мощность – 0.06 Вт;
световой поток – 5-7 лм;
габариты – 3.5х2.8х1.4 мм;
температура до 80 °C;
на лицевой части корпуса есть срез – с этой стороны катод (минус).
В светодиодных лентах устанавливаются в количестве 30, 60, 120 шт/м, используются в основном для подсветки, реже для освещения, т.к. довольно слабые. Лента 120 шт/м из 3528 потребляет 9.6 Вт/м.
SMD5050 технические характеристики
Светодиод 5050 содержит в своем корпусе три таких же кристаллах, как и в 3528, значит он в три раза мощнее.
Конструктивное исполнение весьма интересно: на его «пузе» вы увидите 6 выводов, это и есть аноды и катоды по одной паре с каждого кристалла.
Характеристики светодиодов 5 мм. Основные параметры светодиодов в светодиодных лампах, ленте, светильниках
При выборе светотехнического устройства необходимо принимать во внимание параметры установленных в нем светоизлучающих диодов. Рассмотрим главные характеристики.
Ток
Однокристальные светодиоды имеют среднюю величину рабочего тока в пределах 200 mA. В многокристальных чипах ток соответственно выше. Нестабильность тока, выдаваемого драйвером (блоком питания), негативно сказывается на интенсивности свечения и длительности службы. Увеличение тока является причиной повышения цветовой температуры и оттенка свечения чипа.
Напряжение
Для электропитания светодиодов используются специальные драйверы, обеспечивающие стабильность тока. Напряжение «плавает» в границах, отличающихся для различных моделей. В таблице ниже можно посмотреть виды светодиодов по напряжению.
| Цвет | Длина волны | Напряжение |
| Инфракрасный | от 769 нм | до 1.9 В |
| Красный | 610-760 нм | от 1.6 до 2.03 В |
| Оранжевый | 590-610 нм | от 2.03 до 2.1 В |
| Желтый | 570-590 нм | от 2.1 до 2.2 В |
| Зеленый | 500-570 нм | от 2.2 до 3.5 В |
| Синий | 450-500 нм | от 2.5 до 3.7 В |
| Фиолетовый | 400-450 нм | от 2.8 до 4 В |
| УльтраФиолетовый | до 400 нм | от 3.1 до 4.4 В |
| Белый | широкий спектр | от 3 до 3.7 В |
А вот светодиодная лента запитывается стабилизированным напряжением. Токовая характеристика задается токоограничивающими резисторами.
Мощность
Этот параметр требуется для расчета нагрузки и подбора блока электропитания. Он вычисляется с помощью простой формулы P = U х I.
Мощность led может быть:
- малой – менее 0,5 ватт;
- средней – 0,5-3 ватта;
- большой – от 3 ватт.
Световой поток
Светодиоды формируют световой поток с углом рассеивания 100-120 градусов. Для лучшей фокусировки излучения устанавливаются специальные купольные линзы.
Цветовая температура
От цветовой температуры светового излучения зависит комфортность зрительного восприятия искусственного светодиодного освещения. В продаже представлены линейки светоизлучающих диодов с разным оттенком белого свечения:
- 2700-3500 Кельвинов – теплое;
- 23500-5000 Кельвинов – нейтральное/дневное;
- выше 5000 Кельвинов – холодное.
Габариты
Светодиоды различаются по типоразмеру и габаритам. Измерение длины и ширины изделия позволяет точно определить модификацию SMD-светодиода.
Forward voltage светодиода. Series resistor
Seriesare a simple way to stabilize the LED current, but energy is wasted in the resistor.
Miniature indicator LEDs are normally driven from low voltage DC via a current-limiting resistor. Currents of 2 mA, 10 mA and 20 mA are common. Sub-mA indicators may be made by driving ultrabright LEDs at very low current. Efficiency tends to reduce at low currents,but indicators running on 100 μA are still practical.
Inpowered keyring-type LED lights, the resistance of the cell itself is usually the only current limiting device.
LEDs with built-in series resistors are available. These may savespace, and are especially useful when buildingor populating a PCB in a way other than its designers intended. However, the resistor value is set at the time of manufacture, removing one of the key methods of setting the LED's intensity.
where:
- is the LED forward voltage drop across the LED in volts, shown ason LED datasheets. Typically, the forward voltage of an LED is between 1.8 and 3.3 volts. It varies by the color of the LED. A red LED typically drops around 1.7 to 2.0 volts, but since both voltage drop and light frequency increase with
- is the voltage drop across the switch in volts: (A) for no switch, use 0 volts, (B) for mechanical switch, use 0 volts, (C) for, use
- is the desired current of the LED in. The maximum current is shown on LED datasheets, for example 20 mA (0.020A) is common for many small LEDs. Many circuits operate LEDs at less than the recommended maximum current, to save power, to permit the use of a standard resistor value, or to reduce brightness.
Напряжение светодиодов по цветам. Как узнать, какой светодиод стоит в лампе
Самый простой вариант – если лампа полностью исправна. В этом случае надо просто измерить падение напряжения на любом из элементов. Если при подаче питания один или несколько элементов не светят (или все), надо идти другим путем.
Если лампа построена по схеме с драйвером, то на драйвере указано выходное напряжение в виде верхнего и нижнего пределов. Это связано с тем, что драйвер стабилизирует ток. Для этого ему надо изменять напряжение в определенных границах. Фактическое напряжение придется измерить мультиметром и убедиться, что оно в норме. Далее визуально (по дорожкам печатной платы) определить количество параллельных цепочек светодиодов в матрице и количество элементов в цепочке. Напряжениенужно разделить на число последовательно соединенных элементов. Если напряжение на драйвере не обозначено, то его можно лишь замерить по факту.
Драйвер на рабочий ток 300 мА и выходное напряжение 45-64 В.
Совет эксперта
Стариков Михаил
Старший инженер-электроник
Задать вопрос
Этот способ дает точный результат лишь с полностью исправной лампой. Если часть элементов (или все полностью) не горят, то для стабилизации тока драйвер будет уменьшать или увеличивать напряжение в пределах 10%. Для практических целей такой погрешности может быть достаточно, но об этом надо помнить.
Если светильник построен по схеме с балластным резистором и его сопротивление известно (или его можно измерить), то напряжение светодиода можно определить расчетным способом. Для этого надо знать рабочий ток. В этом случае надо рассчитать:
- падение напряжения на резисторе – Uрезистора=Iраб*Rрезистора;
- падение напряжения на цепочке LED – Uled=Uпитания – Uрезистора;
- разделить Uled на количество приборов в цепочке.
Если Iраб неизвестен, его можно принять равным 20-25 мА (схема с резистором применяется для маломощных фонарей). Точность будет приемлема для практических целей.