Характеристик светодиодов сила тока

Мощные светодиодные фонари начались с устройств с матрицей 5-мм.

LED фонари в совершенно разных исполнениях, от карманных до кемпинговых, получили широчайшее распространение в середине 2000-х. Их цена заметно снизилась, а яркость и долгий срок службы от одного заряда батареек сыграли свою роль.

5-ти миллиметровые белые сверхъяркие светодиоды потребляют от 20 до 50 мА тока, при падении напряжения 3.2-3.4 вольта. Сила света – 800 мкд.

Очень хорошо показывают себя в миниатюрных фонариках-брелках. Маленький размер позволяет носить такой фонарик с собой. Питаются они либо от «мини-пальчиковых» батареек, либо от нескольких круглых «таблеток». Часто используются в зажигалках с фонариком.

Вот какие светодиоды в китайских фонариках устанавливаются уже много лет, но их век постепенно истекает.

В поисковых фонарях при большом размере отражателя есть возможность смонтировать десятки таких диодов, но такие решения постепенно отходят на второй план, а выбор покупателей падает в пользу на фонарей на мощных светодиодах типа Cree.

Поисковый фонарь на 5мм светодиодах

Такие фонари работают от батареек типа АА, ААА или аккумуляторов. Стоят недорого и проигрывают как в яркости, так и в качестве современным фонарям на более мощных кристаллах, но об этом ниже.

В дальнейшем развитии фонарей производители перебрали множество вариантов, но рынок качественной продукции занимают фонари с мощными матрицами или дискретными светодиодами.

Из чего производят?

Светодиод содержит кристалл, выращенный или наращенный из химических элементов. Его основой являются полупроводники, которые помещены в корпус. Технологии производства могут отличаться в зависимости от вида диода. Также электрические компоненты могут быть с добавлениями различных легирующих элементов, придающих улучшение основным характеристикам. А как это сделано, мы рассмотрим ниже.

На данный момент существует большое количество диодов.

1. индикаторные (3 мм, 5 мм, 10 мм);
2. осветительные.

Еще диоды делятся по способу установки или пайки на плату. Вышеупомянутые виды диодов крепятся двумя разными способами.

Индикаторные

Зачастую их относят к DIP-типу. Короткий вывод у них – катод, а длинный – анод. К данному виду диодов можно отнести сверхяркие или Super Flux. Жаргонное название – «пиранья». Такие диоды могут быть разными по цвету, но все они – в квадратном корпусе с двумя парами выводов. Применяются в автокомпонентах, рекламных конструкциях и декоративных подсветках. Делают светодиоды повсеместно, существует множество разных брендов. Размер кристалла измеряют в миллиметрах.

Они излучают невидимый инфракрасный свет, применимы в пультах с дистанционным управлением, широко используются для подсветки мониторов и экранов. Существуют и органические диоды, с их помощью работают ЖК-экраны, мониторы и телевизоры.

Осветительные

Для электроосвещения помещения применимы диоды, генерирующие белый свет. Существует три оттенка – холодно-белый, тепло-белый и белый. RGB-технология используется для получения светодиода со свечением белого цвета. Данный метод самый дешевый и используется повсеместно, но следует помнить, что он не совсем подходит для освещения. При свечении диода искажаются естественные оттенки и цвета.

Второй метод заключается в следующем: диод излучает ультрафиолет, невидимый для глаз, его покрывают тремя видами люминофора, благодаря чему возникает голубой, зеленый и красный цвета. Когда цвета соединяются в одно целое, получается белый цвет.

Третий метод практически аналогичен второму. Отличается тем, что используют голубой диод, при этом наносят два типа люминофора (желтый и зеленый), и получается тот же белый цвет.

По способу установки диоды бывают SMD-типа. Они состоят из основания, сделанного из алюминия или меди. Основание служит для теплоотвода. Кристалл диода расположен на подложке и припаян ножками к контактам основания.

Кристалл светодиода покрыт несколькими слоями люминофора или линзами. Это зависит от того, где используется диод. Напряжение подается непосредственно на корпус, когда диод уже установлен. Количество диодов на основании может быть разным.

Помимо SMD-типа есть и СОВ-тип. Разница между ними в том, что на одну плату напаивают множество кристаллов и накрывают их люминофором или линзой. Основание также служит теплоотводом и изготовлено из алюминия или меди. Данная технология дает возможность получить яркий световой поток с малой площади подложки. Также она намного проще в применении и дешевле в плане изготовления. СОВ-светодиод горит гораздо ярче.

Данный тип используют всегда только для освещения, а SMD могут применять и в подсветке, и в декоративном освещении. Светильник SMD более практичен, так как поломавшийся диод можно заменить в любое время, а вот с СОВ такого не сделаешь. В случае поломки одного диода придется менять всю плату.

Дополнительные параметры светодиодов

Параметр «сила света» используется реже, чем «световой поток». Измеряется она в канделах (сокращенно Кд) и характеризует максимальную яркость светового потока, т. е. силу излучения на осевой линии прибора.

Светодиоды характеризуются также мощностью, показывающей количество потребляемой ими энергии. Здесь необходимо учитывать и потребление блоков питания, подключенных к источникам света.

Различают также такой параметр, как светоотдача. Показывает количество светового потока, выдаваемого прибором на один ватт мощности и, соответственно, измеряется в лм/Вт.

Параметры светодиодов с белым излучением включают в себя понятие «цветовая температура». Измеряется в Кельвинах (К). У полупроводниковых источников света данный параметр колеблется в промежутке 2500-15000К. При этом, чем выше цветовая температура, тем «холоднее» оттенок излучения и, соответственно, наоборот.

В характеристики светодиодов вносят также срок эксплуатации и стоимость. Продолжительность «жизни» полупроводниковых приборов не стоит в определенных рамках. Одни светодиоды способны функционировать до 50 000 часов, другие, как обещают производители, — даже до 100 000 часов.

Рассматриваемые приборы действительно могут «жить» значительно дольше всех прочих осветительных устройств, но здесь есть одно «но»: данные источники света постепенно утрачивают степень своей яркости, что напрямую зависит от таких факторов, как качество полупроводников, повышенные температуры, сила тока, проходящего через кристалл, и некоторых других.

В настоящее время светодиодная продукция обладает довольно высоким разбросом цены. Это объясняется многочисленными требованиями к технологии изготовления данных источников света и дорогостоящим оборудованием, использующимся на различных этапах их производства.

Нельзя не подметить, что с каждым годом параметры светодиодов улучшаются, а стоимость на них постепенно снижается, что позволяет внедрять рассматриваемые приборы в массовый обиход.

Поделиться ссылкой:

Похожее по теме:

Классификация

Принцип работы светодиода: параметры и характеристики

Как проверить светодиод мультиметром – все возможные способы в одной статье

Светодиоды: устройство, принцип работы, электрические характеристики

Светодиод (англ. light emitting diode, или LED) – это радиоэлектронный прибор, выполненный на основе полупроводника (в большинстве случаев из легированного кремния или германия), принцип действия которого основан на односторонней проводимости с выделением светового излучения.

Устройство светодиода

Как и любой полупроводник, светодиод представляет собой соединение полупроводникового кристалла p – типа (легированного трехвалентным материалом – например In ) с полупроводниковым кристаллом n – типа (легированным пятивалентным материалом – например As), которое образует p – n переход.

Кристалл p – типа обладает свойством «дырочной» проводимости – носителями заряда в таких кристаллах являются положительно заряженные участки ковалентных связей кристалла, которым недостает электронов (Рис.1).

Рисунок 1. Дырочная проводимость полупроводника

Кристалл n – типа обладает электронной проводимостью — носителями заряда в таких кристаллах являются отрицательно заряженные свободные электроны (Рис. 2).

Рисунок 2. Электронная проводимость полупроводника

При соединении кристалла p – типа с кристаллом n – типа в области их контакта образуется p – n переход, который обладает свойством запирающего слоя (рис. 3).
В области места контакта двух полупроводников n-типа и p-типа возникает процесс диффузии: дырки из p-области переходят в n-область, а электроны, наоборот, из n-области в p-область. В результате в n-области в зоне запирающего слоя уменьшается концентрация электронов, что сопровождается возникновением положительно заряженного слоя. В p-области наблюдается уменьшение концентрации дырок и возникает отрицательно заряженный слой. Таким образом, в области контакта полупроводников происходит образование двойного электрического слоя, поле которого препятствует процессу диффузии электронов и дырок навстречу друг другу (рис. 3).

Рисунок 3. Запирающий слой p–n-перехода

В случае соединения n–p-перехода к внешнему источнику тока так, чтобы положительный его полюс был соединен с p-областью, а отрицательный с n-областью, то показатель напряженности электрического поля в запирающем слое уменьшится и облегчит переход основных носителей тока через контактный слой. В следствии этого, дырки из p-области и электроны из n-области, будут двигаться навстречу друг другу, пересекая n–p-переход, что приведет к созданию тока в прямом направлении (Рис. 4).

Рисунок 4. Приложение напряжения к p–n-переходу

Так же в месте соприкосновения двух полупроводников (p – n переход), при приложении электричества, происходит рекомбинация электронов с дырками, при этом происходит высвобождение энергии в виде фотонов света (рис. 5).

Рисунок 5. Высвобождение энергии в виде фотонов света

В отличие от обыкновенного диода, светодиод имеет большую площадь соприкосновения в месте контакта двух полупроводников. Благодаря этому площадь рекомбинации больше, а следовательно выше интенсивнее свечение. Однако не каждый p – n переход способен высвобождать энергию в виде фотонов видимого спектра света. Это зависит от ширины запрещенной зоны, энергия преодоления которой должна быть соизмерима с энергией кванта видимого спектра света.

Цвет светодиодного свечения

Спектр цветового свечения светодиодов зависит исключительно от ширины запрещенной зоны p-n-перехода. Именно здесь происходит рекомбинация электронов и «дырок», с высвобождением фотонов света. Таким образом, физически цвет света светодиода зависит от материала полупроводника, и от легирующих его примесей. Чем «синее» свет светодиод, тем выше энергия квантов преодоления запрещенной зоны p-n-перехода, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны. Из этого следует, что изменяя ширину запрещенной зоны p-n-перехода, можно получить свечение любого цвета радуги. А для того, чтобы получить белый цвет, необходимо комбинировать полученные цвета.

Способы получение белого цвета свечения светодиодов

Для получения белого цвета свечения светодиодов применяется три распространенных способа:
1) Смешивание цветов свечения согласно технологии RGB (рис. 6). Метод заключается в том, что на одной подложке плотно размещаются красный, синий и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается благодаря оптической системе, например пластиковой линзы. В следствие этого получается белый свет.

Рисунок 6. RGB технология изготовления светодиодов

2) За основу берутся три светодиода, которые излучают ультрафиолетовый свет. Далее на поверхность каждого из светодиодов наносится покрытие из люминофора синего, зеленого и красного цвета. Таким образом, люминофор начинает светиться тремя цветами, а при смешивании этого свечения линзой получается белый цвет.
3) За основу берется синий светодиод, на его поверхность наносится зеленый и красный (может быть желто-зеленый) люминофор. Таким образом, получается белое или близко к белому свечение.

Рисунок 7. Технология изготовления светодиодов с нанесением люминофора

У каждого способа получения белого свечения есть свои достоинства и недостатки.
Так, RGB технология, в дополнение ко всему, позволяет изменять цвет и температуру свечения светодиодов, путем изменяя силы тока на каждом из них. Кроме того, сосредоточенное размещение трех светодиодов в матрице позволяет получить высокий суммарный световой поток и световую мощность. Однако данная система не может обеспечить равномерность свечения всего светового пятна, так как в центре системы будет свечение ярче, чем по краям. Это обусловлено явлением аберрации оптической системы.
Изготовление светодиодов с использованием люминофора гораздо дешевле, чем RGB технология. Однако недостатком этой системы является быстрое старение люминофора (гораздо быстрее, чем кристалла светодиода) и сложность в равномерном нанесении люминофора на поверхность кристалла светодиода.

Электрические характеристики светодиодов

Светодиод – полупроводниковый прибор низковольтного потребления энергии. Диапазон питания обычных индикаторных светодиодов варьирует от 2 до 4 Вольт с потребляемым током до 50 мА. Светодиоды предназначенных для освещения помещений питаются тем же напряжением, однако потребляемый ток таких приборов значительно выше, и может достигать нескольких ампер. Иногда светодиодные модули, состоящие из отдельных светодиодов, включены последовательно, что увеличивает их суммарное напряжение питания.
Но, кроме того, что напряжение питания светодиодов низкое, оно должно быть еще и стабилизированное. Это связано с тем, что напряжение питания светодиода экспоненциально зависит от тока потребления (рис. 8). При небольшом увеличении напряжения, ток потребления увеличивается в разы, что может привести к перегреву прибора и выхода его из строя. Поэтому для стабилизации напряжения питания светодиода используют конвертеры или драйверы (предназначены для стабилизации тока).

Рисунок 8. Вольт-Амперная характеристика светодиодов

Регулировка яркости свечения светодиодов

Очень часто возникает необходимость в изменении яркости свечения светодиода. Данное действие ни в коем случае нельзя выполнять путем снижения напряжения питания светодиода. Это делается с помощью метода широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Данный метод заключается в изготовлении устройства, представляющего собой генератор импульсно-модулированного тока с частотой выходного сигнала от сотен до тысяч герц, с возможностью изменения ширины импульсов и пауз между ними. Таким образом, применив данный прибор, средняя яркость питаемого светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет.

Срок службы светодиодов

Срок службы светодиодов зависит в основном от режима их эксплуатации. Если это маломощный диод индикаторного типа, то его срок службы очень велик. Это связано с тем, что протекающий через него ток мал и не разогревает физически спаренный p-n-переход. Мощные же светодиоды рассчитаны на срок службы в 20-50 тысяч часов. Из-за больших токов питания, p-n-переход сильно нагревается, расшатываются атомные решетка кристаллов, разрушая целостность p-n-перехода. Таким образом, старение светодиодов в конечном результате выражается в уменьшении их яркости. Так, если яркость светодиода снижается на 30% от его первоначальной яркости, то его необходимо заменить.

Как выбрать среди самых популярных светодиодов подходящий вариант?

В первую очередь вам следует определиться с местом установки ленты и понять, будет это подсветка, дополнительный или основной источник света.

Рассмотрим основные варианты:

Размер SMD светодиода 2835 — 3,5 х 2,8мм. 1 такой светодиод имеет мощность 0,06W при излучении светового потока примерно в 6 Lm.

Не спутали ли мы его с диодом 3528? — Нет. По сути, 2835 это аналог диода 3528, но имеющий более высокие показатели эффективности за счет улучшенной структуры диоды, увеличенной площади светоизлучения и уменьшенной теплоотдачи.

Старый вариант диода. Имеет меньший ресурс и ниже световой поток. Попросту светит хуже и меньше по времени.	Новый вариант светодиода этого размера. Светит ярче за счет размера кристала. Лучше отводит тепло и это продлевает срок службы.

Диоды этого размера размещают на 1 метре ленты в количестве 60 или 120. Соответственно, мощность 1 м такой ленты — 4,8 или 9,6 W/м. Данная лента универсальна и пользуется широким спросом за счет небольшой потребляемой мощности, хорошей светоотдачи и большого разнообразия цветов: от стандартных холодного и теплого до цветных вариантов. Светодиоды могут быть закрыты герметичным или негерметичным корпусом, что так же расширяет сферу ее применения внутри и снаружи помещений.

Размер 5050 соответствует 5,0 мм х 5,0 мм. Чаще этот вид ленты производят 60 диодов на 1 м ленты, реже можно встретить варианты размещения 120 диодов. Мощность ленты 5050-60 составляет 14,4Вт/м. Если лента 2835 обычно применяется как подсветка различных ниш, полок, гипсокартонных конструкций и натяжных потолков, то лента SMD 5050 может служить довольно мощным дополнительным освещением рабочей зоны кухни или кабинета. Как правило, лента с такими диодами производится в 3-х цветовых вариантах: теплом, холодном и RGB с защитой от влаги и без.

С этим видом светодиодов следует быть особенно внимательным. За счет большого размера диода и светового потока в 50 Lm они нагреваются сильнее по сравнению с другими видами. Для избежания перегрева и быстрого выхода их из строя следует их монтировать на алюминий, который служит хорошим теплоотводом. Поэтому такая лента имеет более узкий спектр применения и не производится во влагозащищенном корпусе.

Определившись с подходящим для вас видом лед ленты возникает следующий вопрос:

Подключение: основные требования

SMD светодиоды (2835 SMD led) подходят для установки на любые поверхности, будь то бетонные потолки, не который наклеены обои, панель из пластика и пр. За счет оптимального теплоотвода удается исключить повреждение материалов. При этом, несмотря на то, что работы не требуют особых навыков или усилий, важно соблюдать простые правила и не нарушить технику безопасности:

1. Для подключения к источникам электропитания мастера используют драйвер, иначе устройство может сломаться либо начать работать в неправильном режиме.
2. Электрики последовательно не соединяют SMD 2835 с разными значениями рабочего тока, поскольку некоторые элементы будут давать тусклый свет.
3. Если мастер пользуется одним резистором, все соединяют в правильной последовательности, иначе возможен разброс параметров.
4. Резистор должен обладать достаточным показателем сопротивления, чтобы высокий ток может привести к перегреванию и перегоранию SMD 2835.
5. Когда мастера монтируют уличную подсветку, они выбирают покрытия SMD 2835, которые защищены от воздействия сора и осадков.

За счет своих особенностей SMD светодиоды способны работать при высокой температуре и при этом не повреждать поверхности. В качестве теплоотвода производители применяют специальные выводы прибора, и у этой разновидности их больше, чем некоторых других моделях. Можно подобрать элемент для самых разных целей, будь то освещение в саду или установка индикатора.

В магазинах есть различные варианты модификации SMD 2835. Главное – разобраться, как правильно их применять, узнать обозначение светодиода и как отличить его от поддельных, а также как монтировать.