Характеристики светодиодов: важные параметры и особенности маркировки

О чем речь? Характеристики светодиодов помогают выбрать оборудование. Именно они определяют сферу применения, эффективность и срок службы прибора. Например, теплота цвета создаст приятную атмосферу в помещении, а ошибки в силе света приведут к быстрой утомляемости.

На что обратить внимание? К основным характеристикам светодиодов относятся ток, напряжение, мощность, световой поток, цветовая температура и габариты. Также параметры зависят от самих типов излучателей.

Виды светодиодов

Различают три наиболее распространенных вида светодиодов по характеристикам, функциональности и форме. Как определить, какой расположен в конкретной лампе? Нужно различать их по типу:

Выводные

Светодиоды, оснащенные выводными контактами («ножками») для установки в монтажные отверстия печатных плат. Они первоначально применялись исключительно для индикации и подсветки. Со временем инженеры разработали ряд модификаций таких компонентов, благодаря чему их стали использовать в более широком спектре устройств — от карманных фонарей и мобильных светильников до лазерных указок. Среди выводных светодиодов выделяют три базовых конструктивных варианта исполнения:

• цилиндрические;
• круглые (на 3, 5, 8 мм);
• прямоугольные «Пиранья».

SMD-светодиоды

SMD-диоды благодаря выдающейся универсальности занимают ключевое место в современной осветительной технике. Эти элементы служат основой для бытовых ламп, гарантируют надежную работу систем аварийного освещения и выступают центральным компонентом разнообразных индикаторных панелей.

Особую нишу среди решений на базе SMD-технологии занимают светодиодные ленты. Они выпускаются в форме готовых линеек и модулей и задействуют планарные светодиоды. Это существенно повышает удобство и эффективность их применения. Эти диоды монтируются прямо на печатную плату. В центре конструкции находится светодиодный чип (кристалл), помещенный в корпус прямоугольной/квадратной формы. Характерная черта данных компонентов — наличие плюсового и минусового выводов в виде металлических полосок, которые обеспечивают прочное крепление на плате и надежный электрический контакт.

Создание светодиодов включает в себя:

• выращивание кристаллов;
• планарную обработку пленки;
• бинирование (сортировку чипов по бинам, то есть категориям);
• размещение полученных чипов в специальном корпусе.

Процесс выращивания кристаллов осуществляется методом металлоорганической эпитаксии. Суть технологии состоит в последовательном послойном формировании кристаллической структуры, а также в создании контактных выводов для каждого p-n-перехода. На поверхность изготовленного чипа наносят оптическое покрытие — как правило, оно содержит люминофор. В конструкции мощных светодиодов дополнительно применяется пластиковая фокусирующая линза. Именно она задает диаграмму направленности излучаемого потока.

Читайте также!

Светодиод 2835: технические характеристики и применение

Подробнее

COB-светодиоды

На подложке COB-матрицы размещается множество светодиодных элементов. Благодаря такому решению удается достичь более высокой плотности кристаллов на единицу площади в сравнении с технологией SMD. Компактная матрица генерирует световой поток с высокой интенсивностью и равномерным распределением. Подложка выполняется из алюминия/керамики и тщательно герметизируется слоем люминофора. Для эффективного теплоотвода монтаж платы ведется на радиатор.

COB-диоды формируют кластерную структуру: отдельные цепочки элементов подключаются по параллельной схеме. Такое соединение позволяет гибко регулировать итоговую выходную мощность и уровень яркости в соответствии с требуемыми параметрами.

Основные характеристики светодиодов

Светодиоды отличаются рядом характеристик и параметров, которые необходимо учитывать при выборе и использовании с целью освещения. Разберем главные.

Ток (в амперах)

Данный параметр характеризует количество электрического заряда, который проходит через полупроводниковый кристалл в единицу времени. От его величины зависят яркость свечения светодиода, стабильность работы и срок службы. При его росте увеличивается тепловыделение, что способно отрицательно повлиять на ресурс устройства и спровоцировать его перегрев. Пониженный электрический поток ведет к снижению яркости, но позволяет продлить срок службы прибора.

Для обычных светодиодов характерны определенные диапазоны рабочего тока:

• выводные — обычно функционируют при 10–20 мА;
• SMD-лампы — могут потреблять от 10 мА до 1 А в зависимости от модели;
• мощные модули и СОВ — требуют от 100 мА и выше, иногда достигая нескольких ампер.

Каждый светодиод рассчитан на работу при строго определенном значении тока. Если этот показатель превышен, возникает перегрев кристалла, что способно привести к разрушению материала или выходу устройства из строя.

Напряжение (в вольтах)

Это разность электрических потенциалов, необходимая для корректной работы диода. Именно эта характеристика светодиодов задает минимальный уровень энергии, при котором прибор начинает излучать свет. Они потребляют меньше тока и работают при низкой мощности в отличие от ламп накаливания, что делает их экономичнее и безопаснее.

Напряжение зависит от типа и материала полупроводника:

• желтые и красные— от 1,8 до 2,2 В;
• синие и зеленые — от 2,8 до 3,5 В;
• белые — около 3 В;
• мощные светодиоды (COB, SMD) могут нуждаться в напряжении от 6 до 36 В, что зависит от их конструкции и характеристик.

При подаче напряжения, превышающего расчетные значения, через диод протекает увеличенный ток. Это провоцирует перегрев и может стать причиной преждевременного выхода устройства из строя. Поэтому полупроводниковые светодиоды необходимо питать от стабилизированного источника: для защиты обычно применяют специальные драйверы, ограничивающие резисторы.

Мощность (в ваттах)

Это количество электроэнергии, потребляемое светодиодом в процессе работы. Оно рассчитывается по следующей формуле:

P = U х I,

где:

P — мощность (Вт);

U — напряжение (В);

I — ток (А).

Вероятные уровни:

• Светодиоды с низким энергопотреблением (до 0,2 Вт) чаще всего применяют в качестве индикаторов, для оснащения компактных ламп, в системах подсветки разных приборов.
• Средней мощности (в диапазоне от 0,2 до 1 Вт) широко используют при производстве светодиодных лент. Они нужны также в бытовых осветительных приборах.
• Светодиоды высокой мощности (1–5 Вт и выше) применяют в прожекторах, автомобильных фарах и уличных фонарях. Для них обязательна система охлаждения.
• Сверхмощные светодиоды (от 10 Вт и выше) применяют в промышленных светильниках и архитектурной подсветке. Для надежности им нужны радиаторы, системы охлаждения.

Световой поток

Это количество лучей, которое светодиод выдает во всех направлениях. Единица измерения — люмены (лм); данный показатель служит главным критерием яркости устройства.

При подборе светодиодов, осветительных приборов и лент не стоит руководствоваться только показателем мощности в ваттах. Так было принято для ламп накаливания. Современные светодиоды обеспечивают значительно более высокую светоотдачу при меньшем потреблении энергии. Поэтому объективную оценку их эффективности дает именно величина светового потока, а не мощность.

Различные типы диодов демонстрируют неодинаковую световую отдачу (лм/Вт). Этот показатель отражает, сколько люменов света генерируется на каждый затраченный ватт электроэнергии:

• обычные SMD-лампы обеспечивают световой поток в пределах от 70 до 150 лм/Вт;
• современные COB-источники света демонстрируют световую отдачу от 100 до 200 лм/Вт;
• высокоэффективные мощные диоды могут давать световую отдачу в 200–250 лм/Вт.

При выборе светового потока для бытового освещения необходимо учитывать площадь помещения и назначение освещения. Рекомендованные уровни потока следующие:

• декоративная подсветка и ночник — 100–300 лм;
• лампа настольная — 400–800 лм;
• комнатный прибор (соответствие лампе накаливания в 60 Вт) — 800–1000 лм;
• общая подсветка комнаты, например, люстра, потолочный светильник — 1500–3000 лм;
• яркое рабочее освещение для кухни, кабинета или гаража — от 3000 лм и выше.

Цветовая температура

Цветовая температура, выраженная в кельвинах (К), определяет оттенок излучаемого света — от теплых желтоватых тонов до нейтральных, а также холодных белых или голубоватых оттенков. Выбор зависит от функционального назначения освещения. Так, теплый свет (2700–3000 K) создает уютную атмосферу, а холодный (5000–6000 K) лучше подходит для рабочих зон.

Читайте также!

Цветовая температура светодиодных ламп: на что влияет, как правильно выбрать

Подробнее

Габариты светодиода

Размеры и конфигурация LED-источников имеют принципиальное значение — прежде всего в стесненных условиях монтажа (например, при работе со светодиодными лентами или миниатюрными лампами). Необходимо выбирать изделия с параметрами, точно соответствующими конструктивным требованиям вашего осветительного устройства.

Характеристики SMD-светодиодов

SMD-диоды классифицируют по числу кристаллов (одно-/многокристальные), цвету излучения (монохромные/RGB) и типоразмеру (четырехзначный код габаритов). Популярные модели: SMD 3528 — для декоративной подсветки, SMD 5050 — для RGB-эффектов, SMD 2835 — для основного освещения, SMD 5630 и SMD 5730 — для мощного промышленного и уличного света. При выборе учитывают теплоотвод, цветовую температуру и CRI.

Одно-, двух-, трехкристальные SMD-светодиоды

Однокристальные содержат единственный монохромный кристалл и различаются по мощности и яркости. Слабые модели работают при токе до 20 мА, выдавая световой поток 5–50 мКд. Более мощные обеспечивают 100–2000 мКд. Кристалл защищен линзой — плоской или сферической. Для мощных светодиодов необходимы ток 50 мА–1 А и эффективный теплоотвод.

Многокристальные приборы объединяют несколько «сердцевин» в корпусе, что обеспечивает повышенную яркость и расширяет возможности по формированию цветовой гаммы. Рабочее напряжение таких диодов не фиксировано — значение задается производителем в зависимости от конструкции и назначения изделия. В качестве примера можно привести продукцию компании Cree: ее многокристальные светодиоды работают в диапазоне напряжений 6–72 В и обладают мощностью до 25 Вт.

Цвет свечения

Светодиоды в зависимости от метода цветообразования бывают двух типов:

• Одноцветные. Они основаны на однокристальных чипах, которые излучают свет белого, желтого и других основных цветов.
• Мультицветные. Они имеют трехкристальную структуру, состоящую из чипов, излучающих красный, зеленый и синий лучи. Эти основные цвета смешиваются, что позволяет создавать сотни различных оттенков. Световые потоки от трех кристаллов объединяются в один световой пучок с помощью оптической линзы или без нее за счет пространственного сложения. Для управления цветовой палитрой и яркостью используется RGB-контроллер.
• Типоразмер.

Для СМД-диодов они обозначаются четырехзначным кодом, который указывает линейные параметры. Вот некоторые из наиболее распространенных вариантов:

• SMD3528 – это маломощная модель с низкой энергоэффективностью, являющаяся экономичным решением для неярких светодиодных лент. Она имеет прямоугольный корпус размером 3,5 х 2,8 х 1,4 мм.
• SMD5050 – чип из трех кристаллов 3528, излучающих зеленый, красный и синий свет, с утроенной суммарной яркостью. Имеет квадратный корпус размером 5,0 х 5,0 х 1,6 мм и оборудован шестью выводами.
• SMD2835 – однокристальный чип с низким энергопотреблением и достаточно высокой мощностью. Размеры: 2,8 х 3,5 х 0,8 мм. Увеличенная площадь контактов улучшает теплоотвод, а слой люминофорного покрытия повышает интенсивность светового потока.
• SMD5630. Это мощный светодиод с высокой яркостью, размеры 5,6 х 3,0 х 0,77 мм. Оснащен четырьмя выводами.
• SMD5730 – практически полный аналог SMD5630. Есть модификации 5730-05 и 5730-1.
• SMD3014. Это разновидность мощного LED-источника со световым потоком 9–11 люменов. Выпускается на базе чипов с разным количеством кристаллов. Увеличенная площадь теплоотводящей подложки обеспечивает эффективный отвод тепла.

Реже встречаются SMD-светодиоды типоразмеров 3030, 7020, 8520. Производители регулярно представляют новые варианты, чьи параметры и характеристики могут существенно отличаться. Определение характеристик таких светодиодов осуществляется аналогично другим моделям.

Маркировка светодиодов

Маркировка LED-полупроводника позволяет идентифицировать его модификацию и типоразмер:

• буквенное обозначение: аббревиатура, указывающая на тип светодиодного диода (SMD);
• 4 цифры после букв обозначают геометрические размеры светодиода: длину и ширину, умноженные на 10; так, в маркировке SMD3528 число 3528 указывает на 3,5 x 2,8 мм;
• название цвета на английском языке указывает на колор свечения, например, RED (красный), GREEN (зеленый), UWC (Ultra White Color – ярко-белый);
• потребляемая мощность;
• индекс цветопередачи (число от 2 до 100): чем выше, тем качественнее показатель;
• другая информация: марка, дата производства и т. д.

В таблице представлены обозначения наиболее распространенных SMD-светодиодов:

Цвета свечения:

• белый;
• т – теплый белый;
• х – холодный белый;
• н – нейтрально-белый;
• ж – желтый;
• с – синий;
• к – красный;
• о – оранжевый;
• з – зеленый;
• RGB – многоцветный;
• WRGB – аналогично RGB + холодный белый.

Прочие характеристики СМД-диодов:

• 3528 – этот тип светодиода заливается компаундом (специальным полимером) для защиты от внешних воздействий. Состав может быть как прозрачным, так и содержать люминофор. Обычно такие диоды применяются для создания декоративной подсветки.
• 5050 – этот тип светодиода также защищен компаундом и отличается значительно повышенной яркостью (в три раза превосходящей предыдущую модификацию). Применяется как для подсветки, так и для основного освещения, а его цвет можно регулировать с помощью контроллера.
• 5630. Модель выделяется мощным свечением (до 57 лм), оснащена интегрированной защитой и способна выдерживать импульсный ток до 400 мА.
• 5730 –вариант схож с предыдущим, но превосходит его по яркости светового потока, который может достигать 158 лм при двухкристальном исполнении.
• 3014. Он отличается умеренной мощностью и низким потреблением тока. Оснащен удлиненными выводами, способствующими более эффективному отводу тепла. Характеристики светодиодов дают возможность использовать их в световых лентах как для производства автоламп, так и для декоративной отделки.
• 2835 – характеризуется высокой мощностью и применяется в уличном, бытовом и промышленном освещении.

Читайте также!

Люминесцентные лампы и светодиодные: в чем разница и как сравнивать

Подробнее

Часто задаваемые вопросы о характеристиках светодиодов

Какие параметры у инфракрасных светодиодов?

ИК-диоды — это полупроводниковые электронные устройства, которые излучают инфракрасное излучение с длиной волны от 760 до 1400 нм, невидимой для человеческого глаза (она больше, чем видимый свет). Основная характеристика этих приборов — это длина волны, на которой они работают. ИК-диоды могут действовать на различных длинах волн, включая ближний инфракрасный (NIR), средний инфракрасный (MIR) и дальний инфракрасный (FIR) спектры.

Какая разница между заявленной и реальной эффективностью?

При расчете реальной характеристики светодиодного светильника необходимо учитывать потери в драйвере, оптической системе и тепловые. Фактическая эффективность системы обычно на 15–30 % ниже номинального показателя самого светодиода.

Как определить полярность прибора?

Новый светодиод имеет ножки разной длинны: покороче – минус, подлиннее – плюс. Однако в корпус SMD заглянуть невозможно. Поэтому при производстве на нем делают специальное изображение – скошенный угол со стороны катода (минуса).

Светодиодное освещение активно развивается и внедряется во все сферы жизни. Высокая энергоэффективность, длительный срок службы и широкие возможности управления сделали эти приборы доминирующей технологией в современном освещении.

Для правильного применения и выбора светодиодов важно учитывать их технические характеристики, классификацию и требования к схемам питания, которые приведены в этой статье. Пристальное внимание надо уделять цветовым характеристикам и качеству света, поскольку они напрямую влияют на комфорт и здоровье человека.

Источник изображения на шапке: freepik / freepik.com

Автор статьи Путятин Антон Владимирович Генеральный директор