Oncool.ru

Строй журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Потребляемый ток светодиодов cree

Простые линейные стабилизаторы тока для светодиодов своими руками

Известно, что яркость светодиода очень сильно зависит от протекающего через него тока. В то же время ток светодиода очень круто зависит от питающего напряжения. Отсюда возникают заметные пульсации яркости даже при незначительной нестабильности питания.

Но пульсации — это не страшно, гораздо хуже то, что малейшее повышение питающего напряжения может привести к настолько сильному увеличению тока через светодиоды, что они просто выгорят.

Чтобы этого не допустить, светодиоды (особенно мощные) обычно запитывают через специальные схемы — драйверы, которые по сути своей являются стабилизаторами тока. В этой статье будут рассмотрены схемы простых стабилизаторов тока для светодиодов (на транзисторах или распространенных микросхемах).

Стабилизаторы тока на транзисторах

Для стабилизации тока через светодиоды можно применить хорошо известные решения:

На рисунке 1 представлена схема, работа которой основана на т.н. эмиттерном повторителе. Транзистор, включенный таким образом, стремится поддерживать напряжение на эмиттере в точности таким же, как и на базе (разница будет только в падении напряжения на переходе база-эмиттер). Таким образом, зафиксировав напряжение базы с помощью стабилитрона, мы получаем фиксированное напряжение на R1.

Далее, используя закон Ома, получаем ток эмиттера: Iэ = Uэ/R1. Ток эмиттера практически совпадает с током коллектора, а значит и с током через светодиоды.

Обычные диоды имеют очень слабую зависимость прямого напряжения от тока, поэтому возможно их применение вместо труднодоступных низковольтных стабилитронов. Вот два варианта схем для транзисторов разной проводимости, в которых стабилитроны заменены двумя обычными диодами VD1, VD2:

Ток через светодиоды задается подбором резистора R2. Резистор R1 выбирают таким образом, чтобы выйти на линейный участок ВАХ диодов (с учетом тока базы транзистора). Напряжение питания всей схемы должно быть не меньше, чем суммарное напряжение всех светодиодов плюс около 2-2.5 вольт сверху для устойчивой работы транзистора.

Например, если нужно получить ток 30 мА через 3 последовательно включенных светодиодов с прямым напряжением 3.1 В, то схему следует запитать напряжением не ниже 12 Вольт. При этом сопротивление резистора должно быть около 20 Ом, мощность рассеивания — 18 мВт. Транзистор следует подобрать с максимальным напряжением Uкэ не ниже напряжения питания, например, распространенный S9014 (n-p-n).

Сопротивление R1 будет зависеть от коэфф. усиления транзистора hfe и ВАХ диодов. Для S9014 и диодов 1N4148 достаточно будет 10 кОм.

Применим описанный стабилизатор для совершенствования одного из светодиодных светильников, описанного в этой статье. Улучшенная схема будет выглядеть так:

Данная доработка позволяет значительно снизить пульсации тока и, следовательно, яркости светодиодов. Но главный плюс схемы заключается в нормализации режима работы светодиодов и защита их от бросков напряжения во время включения. Это приводит к существенному продлению срока службы светодиодной лампы.

Из осциллограмм видно, что добавив в схему стабилизатор тока для светодиода на транзисторе и стабилитроне, мы тут же уменьшили амплитуду пульсаций в несколько раз:

При указанных на схеме номиналах, на транзисторе рассеивается мощность чуть больше 0.5 Вт, что позволяет обойтись без радиатора. Если емкость балластного конденсатора увеличить до 1.2 мкФ, то на транзисторе будет падать

23 Вольт, а мощность составит около 1 Вт. В этом случае без радиатора не обойтись, но зато пульсации понизятся чуть ли не до нуля.

Вместо указанного на схеме транзистора 2CS4544, можно взять 2SC2482 или аналогичный с током коллектора больше 100 мА и допустимым напряжением Uкэ не менее 300 В (подойдут, например, старые советские КТ940, КТ969).

Желаемый ток, как обычно, задается резистором R*. Стабилитрон рассчитан на напряжение 5.1 В и мощность 0.5 Вт. В качестве светодиодов применены распространенные smd-светодиоды из китайской лампочки (а еще лучше взять готовую лампу и добавить в нее недостающие компоненты).

Теперь рассмотрим схему, представленную на рисунке 2. Вот она отдельно:

Токовым датчиком здесь является резистор, сопротивление которого рассчитывается по формуле 0.6/Iнагр. При увеличении тока через светодиоды, транзистор VT2 начинает открываться сильнее, что приводит к более сильному запиранию транзистора VT1. Ток уменьшается. Таким образом происходит стабилизация выходного тока.

Достоинства схемы — ее простота. К недостатку можно записать довольно большое падение напряжения (а следовательно и мощности) на транзисторе VT1. Это не критично при небольших токах (десятки и сотни миллиампер), однако дальнейшее увеличение тока через светодиоды потребует установки этого транзистора на радиатор.

Также, вместо биполярного транзистора, можно применить p-канальный MOSFET. Схема, приведенная ниже, представляет собой мощный светильник на двух 10-ваттных светодиодах и 40-ваттном IRF9510 в корпусе ТО-220 (см. характеристики):

Ток через светодиоды задается подбором резистора R1. VT1 — любой маломощный. Светодиоды — Cree XM-L T6 10W (см. спецификацию) или аналогичные.

Транзистор VT2 и светодиоды необходимо разместить на общем радиаторе, площадью не менее 900 см 2 (это если без принудительного охлаждения). Использование термопасты обязательно. Ребра радиатора должен быть толстым и массивным, чтобы максимально быстро отводить тепло. Оцинкованные профили для гипсокартона, консервные банки из-под селедки и крышки от кастрюль категорически не подходят.

Если такая мощность не нужна, можно сократить количество светодиодов до одного. Но при этом придется понизить напряжение питания на 3-3.5 вольта. Иначе потребляемая мощность останется прежней, транзистор будет греться в два раза сильнее, а светить будет в два раза хуже.

Для снижения мощности правильнее было бы оставить оба светодиода, но уменьшить ток, например, до 2А — тогда мощность упадет с 20 до 12 Вт, а срок жизни светодиодов многократно возрастет. И площадь радиатора можно будет уменьшить до 600 см 2 .

Вместо IRF9510 можно взять, например, IRF9Z34N (19А, 55В) или NDP6020P (24А, 20В). Смотрите сами, какие есть в вашем распоряжении. Если совсем ничего нет, самое время закупиться по дешевке:

наименованиехарактеристикицена
IRF9510P-channel, 100V, 4A209 руб. / 10 шт.
IRF9Z34NP-channel, 55V, 19A124 руб. / 10 шт.
NDP6020PP-channel, 20V, 24A120 руб. / 10 шт.
Cree XM-L T610W, 3A135 руб. / шт.

Ну а самая простейшая схема стабилизатора тока для светодиодов на полевом транзисторе состоит всего лишь из одного транзистора с закороченным накоротко затвором и истоком:

Вместо КП303Е подойдет, например, BF245C или аналогичный со встроенным каналом. Принцип действия схож со схемой на рисунке 1, только в качестве эталонного напряжения используется потенциал «земли». Величина выходного тока определяется исключительно начальным током стока (берется из даташита) и практически не зависит от напряжения сток-исток Uси. Это хорошо видно из графика выходной характеристики:

На схеме на рисунке 3 в цепь истока добавлен резистор R1, задающий некоторое обратное смещение затвора и позволяющий таким образом изменить ток стока (а значит и ток нагрузки).

Пример самого простого драйвера тока для светодиода представлен ниже:

Здесь применен полевой транзистор с изолированным затвором и встроенным каналом n-типа BSS229. Точное значение выходного тока будет зависеть от характеристик конкретного экземпляра и сопротивления R1.

Это, в общем-то, все способы превратить транзистор в стабилизатор тока. Есть еще так называемое токовое зеркало, но применительно к светодиодным светильникам оно не подходит. Поэтому перейдем к микросхемам.

Стабилизаторы тока на микросхемах

Микросхемы позволяют добиться гораздо более высоких характеристик, чем транзисторы. Чаще всего для сборки стабилизатор тока для светодиодов своими руками используют прецизионные термостабильные источники опорного напряжения (TL431, LM317 и другие).

TL431

Типовая схема стабилизатора тока для светодиодов на TL431 выглядит так:

Так как микросхема ведет себя так, чтобы поддерживать на резисторе R2 фиксированное напряжение 2.5 В, то ток через этот резистор всегда будет равен 2.5/R2. А если пренебречь током базы, то можно считать, что I = IR2. И чем выше будет коэффициент усиления транзистора hfe, тем больше эти токи будут совпадать.

R1 рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить минимальный рабочий ток микросхемы — 1 мА.

А вот пример практического применения TL431 в светодиодной лампе:

На транзисторе падает около 20-30 В, рассеиваемая мощность составляет менее 1.5 Вт. Кроме указанного на схеме 2SC4544 можно применить более мощный BD711 или старый советский КТ940А. Транзисторы в корпусе TO-220 не требуют установки на радиатор до мощностей 1.5-2 Вт включительно.

Резистор R3 служит для ограничения импульса зарядки конденсатора при включении питания. Ток через нагрузку задается резистором R2.

В качестве нагрузки Rн здесь выступают 90 белых чип-светодиодов 2835. Максимальная мощность при токе 60 мА составляет 0.2 Вт (24Lm), падение напряжения — 3.2 В. Также можно применить любые другие подходящие светодиоды, например, SMD5050.

Для увеличение срока службы мощность диодов специально занижена на 20% (0.16 Вт, ток 45 мА), соответственно, суммарная мощность всех светодиодов составляет — 14 Вт.

Хотя я бы рекомендовал найти светодиоды в точно таком же форм-факторе (2.8х3.5мм), но мощностью 0.5 Вт. Они и греться будут меньше и прослужат дольше.

Найти такие светодиоды, а также все необходимое для сборки схемы можно по этим ссылкам:

наименованиехарактеристикицена
SMD 2835LED, 3.3V, 0.15A, 0.5W67 руб. / 100 шт.
2SC4544NPN, 300V, 0.1A10 руб. / шт.
BD711NPN, 100V, 12A120 руб. / 10 шт.
1N40071000V, 1A51 руб. / 100 шт.
TL431A36V, 100mA87 руб. / 100 шт.

Разумеется, приведенную схему стабилизатора тока для светодиодов на 220 В можно пересчитать под любой необходимый ток и/или другое количество имеющихся в распоряжении светодиодов.

Читать еще:  Панель с выключателями с подсветкой

С учетом допустимого разброса напряжения 220 Вольт (см. ГОСТ 29322-2014), выпрямленное напряжение на конденсаторе C1 будет находиться в диапазоне от 293 до 358 В, поэтому он должен быть рассчитан на напряжение не менее 400 В.

Исходя из диапазона питающих напряжений, рассчитываются параметры остальных элементов схемы.

Например, резистор, задающий рабочий режим микросхемы DA1 должен обеспечивать ток не менее 0.5 мА при напряжении на С1 = 293 В. Максимальное количество светодиодов не должно превышать NLED = 100 мА). Отлично подойдут упомянутые выше 1N4007.

Как видите, схемка простейшая и не содержит каких-либо доростоящих компонентов. Вот текущие цены (и они, скорее всего, будут и дальше снижаться):

названиехарактеристикистоимость
SMD 5630LED, 3.3V, 0.15A, 0.5W240руб. / 1000шт.
LM3171.25-37V, >1.5A112руб. / 10шт.
MB6S600V, 0.5A67руб. / 20шт.
120μF, 400V18х30mm560руб. / 10шт.

Таким образом, потратив в общей сложности 1000 руб., можно собрать десяток 30-ваттных (. ) не мерцающих (. ) лампочек. А так как светодиоды работают не на полную мощность, а единственный электролит не перегревается, то эти лампы будут практически вечными.

Вместо заключения

К недостаткам приведенных в статье схем следует отнести низкий КПД за счет бесполезной траты мощности на регулирующих элементах. Впрочем, это свойственно всем линейным стабилизаторам тока.

Низкий коэффициент полезного действия неприемлем для устройств, питающихся от автономных источников тока (светильники, фонарики и т.п.). Существенного повышения КПД (90% и более) можно добиться применением импульсных стабилизаторов тока.

Потребляемый ток светодиодов cree

Просмотрел описания по светодиодам у серьезных производителей типа Philips, Osram, Seoul и пр.

Ни у кого в даташитах не приводятся значения мощности, которыми с такой легкостью оперируют в своих каталогах производители светодиодных светильников. Например пишут так: «в приборе используется столько-то светодиодов LUXEON III мощностью столько-то ватт каждый». Иду на сайт производителя светодиодов, качаю даташит. ни одного упоминнания о мощности. токи есть, напряжения, про мощность тишина.

О какой мощности сообщают нам «подкованные» производители?

Прошу высказать свои соображения.

Akser
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от Akser
Незарегистрированный

sobdv
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от sobdv

Akser
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от Akser

Просмотрел описания по светодиодам у серьезных производителей типа Philips, Osram, Seoul и пр.

Ни у кого в даташитах не приводятся значения мощности, которыми с такой легкостью оперируют в своих каталогах производители светодиодных светильников. Например пишут так: «в приборе используется столько-то светодиодов LUXEON III мощностью столько-то ватт каждый». Иду на сайт производителя светодиодов, качаю даташит. ни одного упоминнания о мощности. токи есть, напряжения, про мощность тишина.

О какой мощности сообщают нам «подкованные» производители?

Прошу высказать свои соображения.

manager
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от manager

Akser
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от Akser

manager
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от manager

Добрый день, уважаемые форумчане.

Хочу поделиться своим опытом и изложить свои мысли.

Потребляемая мощность светодиода будет разной в зависимости от 2х параметров — ток (I) и падение на нем напряжения (U). Соответсвенно вычислить ее можно замерив эти параметры или задав ток точно источником и замерив падение напряжения.

Но тут появится вопрос, а какой ток использовать? В тех документации производителей указан номинальный ток на 1Вт светодиод 350мА, а максимальный от 500мА до 1000мА в зависимости от производителя и модели светодиода.

Так вот при измерении множества образцов светодиодов и проверки их на срок службы:
Cree, Osram, Philips, Everlight, ProLightOpto, Upec и множества менее известных; мы пришли к выводу (измерения проводили порядка 8000часов), что все они работаю одинаково успешно до токов порядка 1000мА, но при обеспечении должного теплоотвода. Т.е. деградация была за срок работы 8000часов одинаковой на уровне 1-4%, но охлаждение было такое, чтобы температура на кристаллах светодиодов была в диапазоне от 60 до 95 градусов (на токах 350мА меньшая температура и на большиз токах большая соответственно).

По заявлениям Cree — в их официальных релизах, выложенных на сайте ток влияет незначительно на срок службы при соблюдении температурных режимов на кристалле. В этом мы и убедились произведя измерения.

Так что один и тот же светодиод может потреблять как 1Вт (на токе 300мА), так и до 4Вт (на токе порядка 1000мА), соответственно световой поток можно снять больший, НО с увеличением потребляемой мощности падает эффективность «лм/Вт».

Кстати, плодом этих измерений стали наши высококачественные изделия.
Одно из них — прожектор светодиодный LuxON Turtle LP-01. Изделие запатентованное, сертифицированное. [Только зарегистрированные пользователи могут видеть ссылки. Регистрация!]
Т.к. на форуме скорее всего последую вопросы, а посещаю я его редко скразу отвечу на часто возникаемые:
1. Корпус — алюминиевый, литой под давление, эффективная площадь рассеивания порядка 30 кв.дм
2. Светодиоды используются от нескольких производителей (Everlight — 7я по мировым рейтингам и 1я тайваньская компания, ProLightOpto — тайваньская компания с высокими показателями, Cree). После проведенных испытаний тайваньские светодиоды были выбраны как основные. Испытания показали устойчивость к деградации. За проведенные 8000 часов испытания тайваньские светодиоды показали деградацию на уровне 2-4%, что можно списат на погрешность измерения. А сбалансированный показатель цена/качество позволил сделать высококонкурентный продукт на выходе.
3. Светодиоды используются с углой обзора 70 и 90 градусов, что позволяет максимально эффективно использовать световой поток

Светодиоды: виды и схема подключения

Светодиодами называют полупроводниковые приборы, которые при подаче напряжения создают оптическое излучение. Их международное буквенное обозначение – LED (LightEmittingDiode).

Содержание статьи

  • Устройство светодиода
  • Как работает светодиод?
  • Виды и основные параметры светодиодов
  • Применение светодиодов
  • Основные правила подключения светодиодов
  • Основные характеристики светодиодов
  • Способы подключения
  • Как подключить светодиоды к сети переменного тока 220 В через блок питания
  • Способы создания схем из нескольких светодиодов – последовательное и параллельное соединение

Устройство светодиода

Хотя и существует множество светодиодов, самая распространённая форма состоит из 5-миллиметрового полимерного корпуса с линзой, медного или алюминиевого основания, катода, параболического рефлектора (отражателя) и кристалла, который соединяется с анодом при помощи тонкой золотой проволоки.

Как работает светодиод?

Принцип работы изделия основывается на взаимодействии двух полупроводников, положительного и отрицательного типа (p-n-переход). Когда электрический ток проходит через полупроводники, в месте соприкосновения выделяется энергия, излучающая свет. Это обусловлено переходом от одного типа проводимости к другому, когда ионы положительно заряженных дырок соединяются с отрицательными зарядами электронов.

Виды и основные параметры светодиодов

На схеме светодиод обозначается как обычный диод с двумя параллельными стрелками, направленными наружу и указывающими на его излучающий характер. В продаже имеется большое количество типов светодиодов, которые различаются между собой функциональным назначением, конструкцией, мощностью, цветом свечения и другими свойствами.

По назначению светодиоды разделяют на два вида – индикаторные и осветительные.

  • светодиоды SMD;
  • сверхъяркие Super Flux “Piranha”;
  • DIP светодиоды (Direct In-line Package);
  • Straw Hat («соломенная шляпа»).
  • COB (Chip On Board) светодиоды;
  • SMD LED;
  • филаментные (Filament LED).

Индикаторные светодиоды отличаются малой мощностью и умеренной яркостью свечения. Используются для цветовой индикации режимов работы различных приборов и оборудования, а также для подсветки дисплеев и приборных щитов. Разновидности индикаторных светодиодов:

  • DIP-светодиоды. Кристалл-излучатель находится в выводном корпусе, который чаще всего представляет собой выпуклую линзу. Минус – малый угол рассеивания излучения.
  • «Пиранья» – излучатель сверхвысокой яркости с четырьмя выводами, обеспечивающими его удобное крепление на плате. Востребован для подсветки приборов в автомобилях и в рекламных вывесках.
  • «Соломенная шляпа». Цилиндрический двухвыводный прибор со значительным углом рассеивания излучения и увеличенным диаметром линзы. Применяется в декоративных конструкциях и светосигналах тревоги.
  • SMD-светодиоды. Приборы сверхвысокой яркости располагаются в корпусах, рассчитанных на SMT-монтаж. В их маркировке указываются размеры в дюймах (их сотых долях) или в мм. На базе SMD-светодиодов изготавливаются светодиодные ленты.

Осветительные светодиоды встречаются в конструкции фонарей, фар, лент. Отличаются мощностью и яркостью свечения. Большинство осветительных приборов размещают в корпусах для SMT-монтажа. Изготавливаются в двух разновидностях белого цвета:

  • cool white – холодный;
  • warm white – теплый.

Осветительный SMD-светодиод представляет собой теплоотводящую подложку, на которой смонтирован излучающий кристалл, обработанный люминофорным составом.

Применение светодиодов

Такая продукция активно применяется в разных областях: световая реклама, домашние и промышленные осветительные приборы, автомобильная светотехника, светофоры и дорожные знаки, дизайн помещений, ландшафтная и архитектурная подсветка, а также многое другое.

  • значительная длительность эксплуатации;
  • экологическая безопасность;
  • высокая надежность и безотказность;
  • экономия электроэнергии;
  • высокое качество освещения;
  • низкие эксплуатационные расходы.

Основные правила подключения светодиодов

Конструкция светодиодов рассчитана на их подключение только к источникам постоянного тока с соблюдением полярности. Существует три варианта определения полярности:

  • По длине ножки (кроме SMD). Более длинная ножка является катодом, а короткая – анодом. В SMD-светодиодах имеется срез (ключ), который всегда располагается ближе к катоду.
  • С помощью мультиметра. Прибор устанавливают в режим «Прозвонка». Красный и черный щупы устанавливают на выводы. Если прибор засветился, то, значит, что красный щуп был подключен к аноду, а черный – к катоду. Если свечение не возникло, значит, надо поменять положение щупов. Если результат не изменился (свечение отсутствует), значит, прибор вышел из строя.
Читать еще:  Mystery mtv 3227lt2 снизить ток подсветки

Основные характеристики светодиодов

Две главные характеристики, указываемы в паспорте светоизлучающего прибора:

  • Падение напряжения на приборе. Типичное значение – 3,2 В. Также для каждого светодиода существуют максимально допустимые напряжения Umax и Umaxобр – для прямого и обратного включений.
  • Номинальный ток. Обычно эти приборы рассчитаны на силу тока в 20 мА.

Способы подключения

Простейший вариант – подключение к низковольтному источнику постоянного тока.

Самый удобный и безопасный вариант – подключить светодиод к батарейке или аккумулятору с помощью включения в схему маломощного резистора. Его функция – ограничение тока, протекающего через p-n-переход, определенным значением. Без этого элемента LED быстро утратит рабочие свойства.

Резистор выбирают по сопротивлению и мощности. Расчет сопротивления по формуле:

R = (Uпитания – Uпаспорт.)/Iном., Ом, в которой:

  • Uпитания – напряжение электропитания, В;
  • Uпаспорт. – падение напряжения, паспортное значение, В;
  • Iном. – номинальный ток.

Полученное значение округляют в большую сторону до ближайшей номинальной величины из ряда Е24. После этого рассчитывают мощность, которую должен рассеивать резистор.

P = Iном. 2 х R, где R – выбранное по таблице значение сопротивления.

Провести все эти действия можно быстро и просто с использованием онлайн-калькулятора.

Как подключить светодиоды к сети переменного тока 220 В через блок питания

Существует несколько типов блоков питания:

  • Стабилизированные источники постоянного напряжения для светодиодов на 5 Вольт и 12 Вольт. При колебаниях параметров сети напряжение на выходе такого источника питания остается постоянным и равным заявленной в паспорте величине. LED-светильники подсоединяют через резисторы.
  • Драйвер – импульсный блок питания со стабилизированным током. Характеристики, которые учитывают при его выборе: максимальное и минимальное выходное напряжение, выходной (рабочий) ток. В драйвере присутствует схема, стабилизирующая ток при скачках входного напряжения 220 В. При подключении светодиодного излучателя к драйверу резистор не требуется.

Способы создания схем из нескольких светодиодов – последовательное и параллельное соединение

При подключении нескольких светоизлучающих приборов к источнику питания может использоваться два варианта соединения – последовательное и параллельное.

Последовательное соединение представляет цепь полупроводниковых приборов, в которой катод первого излучателя спаян с анодом следующего – и так далее. Через все элементы последовательной цепи протекает ток одного значения, а падение напряжения суммируется. Мощность БП выбирается равной или превышающей сумму мощностей каждого элемента.

Минусы последовательного соединения:

  • При значительном количестве элементов цепи необходимо выбирать БП большого вольтажа.
  • При выходе из строя одного LED-диода перестает работать вся цепь.

В длинных лентах на 60-70 диодов на каждом элементе происходит падение напряжения примерно на 3 В, то есть такие ленты можно присоединять к сети 220 В через выпрямитель.

При параллельном подсоединении напряжение на всех элементах цепи будет равным, а суммируются токи каждого LED. Основная проблема в данном случае состоит в том, что LED-светильники, даже из одной партии, часто имеют различные характеристики. Поэтому, если поставить один общий резистор, на лампочки может подаваться ток разного значения, вследствие чего некоторые элементы будут светить слишком ярко, а некоторые – тускло. Решение проблемы – установка отдельных резисторов для каждого диода.

Минусы параллельного подключения:

  • большое количество элементов цепи из-за необходимости использования индивидуальных резисторов для каждого диода;
  • существенный рост нагрузки при перегорании одного LED-диода (если используется один мощный резистор на всю цепь).

Это самый подходящий вариант соединения светодиодов, поскольку он позволяет хотя бы частично скомпенсировать недостатки последовательного и параллельного подключений. В этом случае параллельно соединяются цепочки последовательно расположенных элементов. Этот способ применяется в современных елочных гирляндах или лентах. Преимущество такого решения: если даже выйдут из строя одна или несколько параллельных цепочек, остальные будут исправно светить.

Технические характеристики и параметры светодиодов

Существует множество светодиодов различных форм, размеров, мощностей. Однако любой светодиод — это всегда полупроводниковый прибор, в основе которого — прохождение тока через p-n-переход в прямом направлении, вызывающее оптическое излучение (видимый свет).

Принципиально все светодиоды характеризуются рядом конкретных технических характеристик, электрических и световых, о которых мы и поговорим далее. Данные характеристики вы сможете найти в даташите (в технической документации) на светодиод.

Электрические характеристики — это: прямой ток, прямое падение напряжения, максимальное обратное напряжение, максимальная рассеиваемая мощность, вольт-амперная характеристика. Световые параметры — это: световой поток, сила света, угол рассеяния, цвет (или длина волны), цветовая температура, световая отдача.

Прямой номинальный ток (If – forward current)

Номинальный прямой ток — это ток, при прохождении которого через данный светодиод в прямом направлении, производитель гарантирует паспортные световые параметры данного источника света. Другими словами, это рабочий ток светодиода, при котором светодиод точно не перегорит, и сможет нормально работать на протяжении всего срока эксплуатации. В этих условиях p-n-переход не будет пробит и не перегреется.

Кроме номинального тока есть еще такой параметр, как пиковый прямой ток (Ifp – peak forward current) – максимальный ток, который можно пропускать через переход лишь импульсами длительностью по 100 мкс при коэффициенте заполнения не более DC = 0.1 (точные данные — см.даташит). Теоретически максимальный ток — это предельный ток, который кристалл может выдерживать лишь кратковременно.

На практике величина номинального прямого тока зависит от размера кристалла, от типа полупроводника, и лежит в диапазоне от единиц микроампер до десятков миллиампер (для светодиодных сборок типа COB — еще больше).

Прямое падение напряжения (Vf – forward voltage)

Прямое падение напряжения на p-n-переходе, вызывающее номинальный ток светодиода. Напряжение прикладывается к светодиоду так, что анод имеет положительный потенциал относительно катода. В зависимости от химического состава полупроводника, от длины волны оптического излучения, различаются и прямые падения напряжения на переходе.

Кстати, по прямому падению напряжения можно определить химический состав полупроводника. А вот приблизительные диапазоны прямых падений напряжений для различных длин волн (цветов света светодиодов):

Инфракрасные светодиоды с длиной волны более 760 нм на базе арсенида галлия имеют характерное падение напряжения менее 1,9 В.

Красные (например галлия фосфид — от 610 нм до 760 нм) — от 1,63 до 2,03 В.

Оранжевые (галлия фосфид — от 590 до 610 нм) — от 2,03 до 2,1 В.

Желтые (галлия фосфид, от 570 до 590 нм) — от 2,1 до 2,18 В.

Зеленый (галлия фосфид, от 500 до 570 нм) — от 1,9 до 4 В.

Синий (селенид цинка, от 450 до 500 нм) — от 2,48 до 3,7 В.

Фиолетовый (индия-галлия нитрид, от 400 до 450 нм) — от 2,76 до 4 В.

Ультрафиолетовый (нитрид бора, 215 нм) — от 3,1 до 4,4 В.

Белые (синий или фиолетовый с люминофором) — около 3,5 В.

Максимальное обратное напряжение (Vr – reverse voltage)

Максимальное обратное напряжение светодиода, как и любого светодиода, — это такое напряжение, при прикладывании которого к p-n-переходу в обратной полярности (когда потенциал катода больше потенциала анода) происходит пробой кристалла, и светодиод выходит из строя. Подавляющее большинство светодиодов имеют обратное максимальное напряжение в районе 5 В. Для сборок COB – еще больше, а для инфракрасных светодиодов бывает и до 1-2 вольт.

Максимальная мощность рассеяния (Pd — total power dissipation)

Эта характеристика измеряется при температуре окружающей среды в 25°C. Это та мощность (зачастую в мВт), которую корпус светодиода еще способен рассеивать непрерывно, и не перегорит. Она вычисляется как произведение падения напряжения на текущий через кристалл ток. Если это значение будет превышено (произведение напряжения на ток), то очень скоро кристалл будет пробит, произойдет его тепловое разрушение.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ — график)

Нелинейная зависимость тока через p-n-переход от приложенного к переходу напряжения, называется вольт-амперной характеристикой (сокращенно — ВАХ) светодиода. Эта зависимость изображается в даташите графически, и по имеющемуся в распоряжении графику можно очень просто увидеть, какой ток при каком напряжении пойдет через кристалл светодиода.

Характер ВАХ зависит от химического состава кристалла. ВАХ оказывается очень полезна при проектировании электронных устройств со светодиодами, ведь благодаря ей можно без поведения практических измерений узнать, какое напряжение необходимо приложить к светодиоду, чтобы получить заданный ток. Еще с помощью ВАХ можно более точно подобрать к диоду токоограничительный резистор.

Сила света, световой поток (luminous intensity, luminous flux)

Световые (оптические) параметры светодиодов измеряются еще на стадии их производства, при нормальных условиях и на номинальном токе через переход. Температура окружающей среды принимается равной 25°C, устанавливается номинальный ток, и измеряются сила света (в Кд — кандела) или световой поток (в Лм — люмен).

Под световым потоком в один люмен понимают световой поток, испускаемый точечным изотропным источником с силой света, равной одной канделе, в телесный угол в один стерадиан.

Слаботочные светодиоды характеризуются непосредственно силой света, которая указывается в милликанделах. Кандела — это единица силы света, а одна кандела — это сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Другими словами, сила света количественно отражает интенсивность светового потока в определенном направлении. Чем меньше угол рассеяния — тем больше будет сила света светодиода при одном и том же световом потоке. Например сверхъяркие светодиоды обладают силой света в 10 и более кандел.

Угол рассеяния светодиода (Viewing angle)

Читать еще:  Подключение выключателя с подсветкой светодиод

Эта характеристика часто описывается в документации на светодиоды как «двойной угол половинной яркости тэта», и измеряется в градусах (deg-degrees-градусы). Название именно таково, поскольку светодиод как правило имеет фокусирующую линзу, и яркость не по всему углу рассеяния получится равномерной.

Вообще этот параметр может лежать в диапазоне от 15 до 140°. У SMD светодиодов этот угол шире, чем у выводных собратьев. Например 120° для светодиода в корпусе SMD 3528 — это нормально.

Длина волны света (Dominant Wavelength)

Измеряется в нанометрах. Характеризует цвет излучаемого светодиодом света, который в свою очередь зависит от длины волны и от химического состава полупроводникового кристалла.

Инфракрасное излучение имеет длину волны более 760 нм, красный цвет — от 610 нм до 760 нм, желтый — от 570 до 590 нм, фиолетовый — от 400 до 450 нм, ультрафиолетовый — менее 400 нм. Белый свет выделяется при помощи люминофоров из ультрафиолетового, фиолетового или синего.

Цветовая температура (CCT — Color Temperature)

Данная характеристика задается в документации на белые светодиоды и измеряется в кельвинах (К). Холодный белый (около 6000К), теплый белый (около 3000К), белый (около 4500К) — точно показывает оттенок белого света.

В зависимости от цветовой температуры, цветопередача будет разной, и воспринимается человеком белый цвет с разной цветовой температурой — по разному. Теплый свет более комфортен, он лучше подойдет для дома, холодный — больше подходит общественным помещениям.

Для светодиодов, применяемых для освещения сегодня, данная характеристика находится в районе 100 Лм/Вт. Мощные модели светодиодных источников света превзошли компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), и достигают 150 и более Лм/Вт. По сравнению с лампами накаливания, светодиоды превосходят их по световой отдаче более чем в 5 раз.

В принципе, световая отдача численно показывает, насколько эффективен источник света в плане энергопотребления: сколько ватт требуется для получения определенного количество света — сколько люмен наватт.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Все о светодиодах Cree Q5

Одним из самых ярких
распространенных и широко применяемых led-элементов на сегодня является светодиод серии Q5 американского
производителя Cree.
Основная сфера их применения – бытовые осветительные приборы. Рассмотрим,
какими основными параметрами они характеризуются, в чем особенность ультра-ярких
экземпляров группы High Brightness, каковы их главные плюсы и минусы, какие
аналоги существуют и как отличить подделку.

Характеристики светодиодов

Q5 – это характеристика
диодов компании Cree,
определяющая уровень силы светового потока. Иначе он обозначается как бин или
код яркости. В данном случае этот параметр заключен в диапазоне значений – от
107 до 114 лм. Это одно из важнейших свойств, помимо цвета, по которому
происходит выбор светодиода для конкретной области применения. Led-кристаллы,
рассматриваемой линейки, существуют в трех основных группах и имеют следующие
особенности распределения света в пространстве:

  1. XR-E – ранее выпускались, ими оснащались преимущественно фонари. Характеризуются ярким световым пятном с центральной фокусировкой и ровной периферийной засветкой.
  2. XP-G – в центральной области потока освещения заметено некоторое ухудшение яркости, из-за чего светодиоды этой группы проигрывают в дальнобойности аналогам.
  3. XM-L – выпускаются с 2011 года и отличаются наилучшими характеристиками среди прочих моделей – до 1000 лм при силе тока всего в 3 А! Однако в рассматриваемую серию Q5 данная группа светоисточников от Cree не входит.

Как и любые другие лампы, все светильники данной марки различаются по температуре цвета и разделяются на теплые, холодные и нейтральные. При этом характеристика нагрева белого оттенка может доходить до 8 тыс. К. Кроме того, они классифицируются по качеству цветопередачи – индексом CRI. В лучшем случае он может равняться 100, в худшем – 0. В среднем лед-элементы Cree типа Q5 имеют значение этого параметра от 75 до 90.

Большой спрос на светодиоды
Cree серии Q5 во многом обусловлен следующим набором характеристик:

  1. Небольшая
    мощность энергопотребления – всего 1-3 Вт.
  2. Максимальное
    разнообразие цвета.
  3. Возможность
    задания световому пучку нужной формы с помощью специализированного отражателя. Это
    расширяется сферу их применения – вплоть до подсветки внешних объектов и
    сооружений.

Лед-светоисточники
фирмы Cree при упрощенном рассмотрении разделяются на две основные категории – Xlamp
(наиболее мощные) и с повышенной яркостью High Brightness. Первые
классифицируются на следующие подгруппы:

  1. ML (0,25-1,6
    ватт), для неяркой подсветки.
  2. MX (2-4 Вт),
    освещение жилища.
  3. XB (3-5 ватт),
    универсальное назначение.
  4. XH (0,6-1 Вт),
    отличаются высокой энергоэффективностью и применяются для подсветки помещений.
  5. XHP35 (до 13
    Вт), благодаря большой силе используются для направленного дальнобойного
    освещения дорог, площадей.
  6. XM (10 ватт),
    для фар и фонарей.
  7. XP (2-10 Вт),
    большое разнообразие, в том числе по оттенку, имеют универсальное назначение.
  8. XQ (1-3 ватт),
    характеризуются миниатюрностью, устанавливаются для подсветки сооружений,
    транспорта.
  9. XR (2-4 Вт),
    используются для освещения домов, площадей.
  10. XT-E (5 ватт),
    универсальное использование.

На изображении
представлено наглядное сравнение рассмотренных подгрупп светодиодных моделей Cree:

Обратите внимание! В подгруппе XT-E есть разновидность High-Voltage White, способная работать от источника питания с повышенным напряжением в 48 вольт. При этом мощность ее потребления составляет всего 3,5 Вт. Ее часто используют как энергоэффективную замену галогенным лампам с аналогичными характеристиками сети.

Ультра-яркие High Brightness

В отдельную группу
светильников от компании Cree серии Q5 попадают ультра-яркие High Brightness.
Они имеют отдельную маркировку, обозначаемую, как CLX. По исполнению температуры
светового излучения могут быть белыми и разноцветными. При этом возможность
смены оттенков определяется наличием количества пар – анод-катод. Для
обеспечения переключения между всеми расцветками устройство снабжается тремя
такими наборами электродов.

В категории High
Brightness выделяются следующие подгруппы:

  1. Р2 Oval 4-mm. Имеют красные, зеленые и синие модификации. Устанавливаются в различные системы подсветки, например, для монитора.
  2. P2 Oval 5-mm. Производятся в желтом, синем, красном и зеленом исполнении. Устанавливаются в лед-приборы, например, объявление-бегущая строка.
  3. P2 Round 5-mm. Изготавливаются в моно- и полихромном вариантах. Монтируются в приборы, работающих при больших перепадах влажности и температуры воздуха.
  4. SMD. Белые и цветные диоды с корпусом, позволяющим выполнять установку на поверхность. Разноцветные версии могут светить как одним, так и одновременно несколькими оттенками.
  5. P4. Используются для формирования узконаправленного светового потока, что необходимо для подсветки вывесок, на транспорте и в прочих подобных условиях.

На рисунке наглядно
изображено различие между подгруппами диодов этой модификации:

Совет! Подключать диоды Cree серии Q5 необходимо строго по параллельному соединению через гасящие резисторы. Характеристики напряжения их питания – 9-12 вольт. При последовательном соединении ток будет распределяться неравномерно, что приведет к быстрой деградации кристаллов и отключении всей цепи.

Плюсы и минусы

К плюсам
светоисточников компании Cree модификации Q5 относятся следующие
характеристики:

  1. Низкое энергопотребление.
  2. Гарантированный срок службы до 100 тыс. часов.
  3. Лучшее соотношение цена/качество среди конкурентов.

Среди минусов выделяются:

  1. Высокая
    стоимость. Дополнительные затраты на блок питания, диммеры, контроллеры,
    радиаторы.
  2. Специфика
    светового оттенка.
  3. Направленность
    излучения, необходимость установки большего количества светильников для
    равномерности освещения.

Все недостатки окупаются долговечностью, хорошей яркостью и экономным расходом потребления энергии.

Аналоги

По качеству сборки,
стабильности, надежности, долговечности, энергоэффективности и
распространённости у лед-элементов Cree модификации Q5 фактически замены нет. Наиболее
близко по характеристикам к оригиналу находятся аналоги этого же производителя
в сериях R2 и R5 – с показателем светимости в 250 и 460 лм, соответственно.

Оригинал или подделка

Большая популярность
светодиодов линейки Cree, в том числе Q5, привела к активизации многих
фирм-мошенников по выпуску подделок. Однако в сравнении с оригиналом их
характеристики сильно отличаются – в первую очередь по следующим критериям:

  1. Худшее соотношение показателей мощности потребления к производимому световому потоку (измеряемому Лм/Вт).
  2. Большее чем у настоящей продукции образование тепла.
  3. Повышенная деградация кристалла.
  4. Небольшой срок службы – всего 15-20 тыс. часов.

Кроме того, отличить
подделку от оригинальной продукции можно как по внешнему виду светодиодной
матрицы, так и по образуемому им во время работы световому пятну. Ненастоящее
изделие отличается меньшими габаритами кристалла и токопроводящие линии на нем
более заметны. Форма света на ровной поверхности и фирменной модели имеет
хорошо заметные контуры и более контрастно.

Основные выводы

Светодиоды серии Q5 от
производителя Cree больше других распространены и широко применяются в бытовых
условиях благодаря таким характеристикам, как:

  1. Светимость в
    диапазоне 107-114 лм.
  2. Большое
    разнообразие оттенка света.
  3. Возможность
    формирования светового потока с помощью различных по конструкции отражателей.

Светильники Cree разделяются на две главные категории – мощные Xlamp и ультра-яркие High Brightness. К главным их плюсам относится высокая энергоэффективность, экономичность, долговечность и хорошее качество, к минусам – высокая цена, специфичность оттенка и узкая направленность излучения. Отличить оригинал от подделки можно по ряду основных характеристик – у ненастоящей продукции они значительно хуже.

Если вы хотите
поделиться важной информацией о характеристиках конкретной модели диода Q5
марки Cree или особенностями его эксплуатации, обязательно напишите об этом в
комментариях.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector