Типы светодиодов: какие бывают и как выбрать

О чем речь? Типы светодиодов различаются по форме, конструкции и функциональности. К основным относят SMD, COB и выводные диоды. Наиболее популярной является первая категория, которая делится еще на несколько видов.

На что обратить внимание? Также у каждого типа светодиода есть технические характеристики, на основе которых выбирается элемент. Сюда входят ток, напряжение, мощность, световой поток, габариты и цветовая температура.

Устройство и принцип работы светодиодов

Светодиоды – это лампочки, внутри которых находятся полупроводниковые кристаллы: они светятся при прохождении тока. Изготовляются разные типы светодиодов, но все они имеют принципиальную схему: кристаллический полупроводник – люминесцентное покрытие – линза – контакты. Общее название светодиодов, которые преобразуют ток в свет – лед-диоды (от англ. LED - light-emitting diod).

В светодиодах предшествующего поколения вместо кристаллических полупроводников (кристаллических чипов с сапфировой подложкой) использовались кремний, галий и другие металлы, издающие свечение при прохождении через них электротока.

Природное свечение полупроводников довольно слабое, его нельзя использовать для подсветки рекламных боксов и других конструкций. Для усиления светоотдачи применяют люминесцентное покрытие: на кристаллы наносят люминофор в виде порошка. Это вещество накапливает свет, преобразует его в яркий белый, к которому адаптировано наше зрение, и излучает его с большей силой.

Все типы светодиодов в лампах имеют линзу как необходимый оптический элемент для такого распределения светового потока, который необходим. Она изготовляется из прозрачных материалов – акрила, эпоксидной смолы, в которые примешиваются частицы, усиливающие световой эффект.

Как любое электрическое устройство, светодиод имеет контакты для подключения к источнику тока: анод («плюс») и катод («минус»). Подсоединяя к электросети любой тип корпуса светодиода, необходимо делать это правильно, чтобы не выбило предохранители и не сгорел сам прибор.

В зависимости от применяемых в светодиодах металлов, они дают свет разного спектра. Японские производители использовали кремний, цинк, нитриды, которые давали синее свечение (длина волны излучения 450-500 нм). Чтобы добиться комфортного для глаз белого света, у которого длина волны имеет более широкий спектр, полупроводник покрывали специальным лаком с фотоэффектом: в его состав входит иттрий-алюминиевый гранат.  

Основные типы светодиодов

Лед-диоды изготовляются для различного использования, поэтому светодиоды отличаются конструктивно, функционально и по своей форме. Основные типы:

Выводные

Названы так из-за наличия ножек или выводов (конструктивные детали). При монтаже они вставляются в специальные отверстия - светодиоды крепятся на печатной плате. Сквозной крепеж выполняется методом припаивания либо завинчиванием. Производятся светодиоды трех форм:

• круглые (диаметр 3-10 мм);
• цилиндрические (диаметр 3,5 мм, 8 мм);
• прямоугольные («пираньи»), имеющие четыре «ножки», которые позволяют надежно фиксировать приборчик, защищают от вибрации. «Пираньи» служат для освещения автомобилей, декоративной и другой подсветки, работают в индикаторах. 

Читайте также!

Виды светодиодов: классификация и критерии выбора

Подробнее

Чем хороши выводныe LED-диоды:

• имеют широкий угол освещения (90-120 °);
• экономичны (менее энергоемкие, чем прочие полупроводники);
• простые, унифицированные, при монтаже сочетаются со стандартными деталями, подходят для работы во всех печатных платах.

SMD

Английская аббревиатура SMD означает surface mounted device - «прибор, монтируемый на поверхность». Иными словами, диод SMD – это крошечный девайс, миниатюрная емкость со светящимся под воздействием тока кристаллом внутри. Они входят в конструкцию чипов, которые включают до трех диодов с отдельными схемами. Посредством металлических выводов чипы крепятся к самой плате: эта операция может быть автоматической или делаться вручную.

Процесс производства диодов SMD выглядит так:

• методом металлоорганической эпитаксии выращивается кристалл. Под воздействием высокой температуры металлосодержащее вещество распадается на элементы и крошечные молекулы металла слоями оседают на подложку, образуя кристалл;
• кристалл обрабатывается: травится, разрезается на чипы (их получается несколько тысяч), к которым присоединяются контакты;
• созданные чипы сортируются (биннирование): они относятся к разным группам в зависимости от длины световой волны, напряжения, интенсивности излучения; 
• окончательная сборка девайса: изготовление корпуса, присоединение выводов, нанесение люминофора, если нужно усилить свечение.

Изготовление специальных линз (пластиковых, эпоксидных, силиконовых) для некоторых видов светодиодов – отдельная важная операция. Требования к качеству высокие: долговечность, негорючесть, хорошая светопроводимость.

Тип светодиодов SMD имеет высокие потребительские качества:

• малая энергоемкость, экономичность; 
• экологичность: отсутствие ртути;
• прочность: они хорошо переносят вибрацию, удары, жару и холод;
• большой срок эксплуатации (50 тысяч часов использования); 
• быстрая безотказная работа; 
• стойкость к нагреванию;
• миниатюрность;
• крепятся к любой поверхности; 
• имеют много модификаций, используются для любых целей дома, на производстве, в рекламе, освещении городов и др. Этот тип – бестселлер на рынке светодиодов.

COB

Следующее поколение LED-диодов – светодиоды COB: это улучшенная и более мощная модификация. Ее плюсы – яркость и минимум контактов подключения (два) для всей цепи. COB – аббревиатура Chip On Board («чип на плате»). Девайс представляет собой следующую конструкцию: на подложку крепятся несколько светодиодов без корпусов, но с единым люминофором. Это дает более яркий световой эффект и равномерное распределение света. Он исходит из 9 и более диодов, но сливается в единый поток без точечного эффекта. Подложку используют многослойную с металлической базой, которая отводит излишки тепла, не давая матрице нагреваться. 

COB-светодиоды используются: 

• в освещении квартир и улиц;
• в художественной подсветке скульптур и монументов;
• для вспышки фотокамер смартфонов и других гаджетов.

Типы SMD-светодиодов

Существует несколько модельных разновидностей SMD-светодиодов. Они классифицируются по разным признакам и свойствам. Некоторые модели завоевали особую популярность. Разберемся в следующих типах:

SMD светодиоды одно-, двух- и трехкристальные

Даже однокристальные светодиоды с монохромным кристаллом могут иметь совершенно разные свойства. Они классифицируются по мощности светового излучения. У них также разная энергоемкость. Кристаллы с круглой или плоской линзой при минимальном потреблении тока (менее 20 мА) обеспечивают световой поток в 5-50mCd и 100-2000mCd. Если кристалл более мощный, то при потреблении тока в 50 мА - 1 А им необходима профилактика нагревания (теплоотведение).

Количество кристаллов в многокристальных светодиодах варьируется в зависимости от того, какая требуется яркость свечения и цвет излучения. Напряжение тока также может различаться. Параметры для конкретных моделей подбирает производитель.

Классификация по палитре свечения

Два типа светодиодов отличаются принципом цветообразования:

• одноцветные светодиоды излучают белый, желтый и еще несколько основных цветов. Они имеют однокристальные чипы;
• мультицветные светятся зеленым, синим, красным цветом, которые смешиваются, давая множество вариантов оттенков. Такой тип светодиодов включает три кристалла: каждый чип дает свой цвет. Они собираются в единый пучок (для этого используется линза либо специальное расположение кристаллов). С помощью RGB-контроллера можно регулировать оттенки цвета и яркость свечения.

Фото: freepik / freepik.com

Типоразмеры светодиодов

Типы светодиодов SMD имеют цифровую кодировку, означающую их пространственные размеры.  Следующие типоразмеры являются наиболее востребованными:

• модель SMD3528: прямоугольный корпус размером 3,5Х2,8Х1,4 мм. Малая мощность и потребление энергии, низкая цена. Такие светодиоды используются для осветительных лент небольшой ярости;
• модель SMD5050: квадратный корпус 5,0Х5,0Х1,6 мм, 6 выводов. Трехкристальный чип, дающий зеленый, красный и синий свет, суммарная яркость увеличена в 3 раза;
• SMD2835: размер 2,8х3,5х0,8 мм. Однокристальный чип с низким энергопотреблением, но мощный. Яркость света увеличена за счет нанесения люминофора. Тепло отводится широкими контактами;
• SMD5630: размер 5,6Х3,0Х0,77 мм, 4 вывода. Высокая мощность и большая яркость излучения.
• SMD5730: практически повторяет SMD5630, имеет модификации 5730-05 и 5730-1;
• SMD3014: на основе многокристальных чипов. Мощный светодиод (9-11 люменов). Перегрев не допускается за счет использования широкой подложки с теплоотводящими свойствами.

Редко используемые SMD-светодиоды - с типоразмерами 3030, 7020 и 8520. Под конкретные задачи производители изготовляют светодиоды с нестандартными линейными размерами. Они могут вообще не соответствовать распространенным классификациям.

Характеристики любого типа светодиода

Подбирая устройство, в котором функционально важны светодиоды, необходимо тщательно изучать собственные технические характеристики светоизлучающих элементов. На какие опции следует обратить внимание:

Ток

Рабочая мощность тока для однокристальных светодиодов - до 200 mA. Для многокристальных эти значения намного больше. Если блок питания дает ток переменной мощности, свечение диодов тоже будет нестабильным, и они быстро износятся. При повышении мощности тока цвет потока меняется, отклоняется в сторону более «теплой» гаммы.

Напряжение

Очень важно добиться постоянного уровня мощности тока. Для этого существуют специальные устройства – драйверы, стабилизирующие перепады. Модели светодиодов допускают различные амплитуды колебаний мощности тока. Изучите таблицу допустимых напряжений для популярных видов светодиодов:

Светодиодные ленты снабжены специальными токоограничивающими резисторами, которые обеспечивают потребление стабильного напряжения.

Мощность

Этот показатель необходим для расчета нагрузки при выборе блока питания. Мощность определяется по формуле: P = U Х I, где U – напряжение, I – сила тока.

Мощность LED– светодиодов:

• менее 0,5 ватт (малая);
• 0,5-3 ватта (средняя);
• более 3 ватт (большая).

Световой поток

Светодиоды генерируют световое излучение, имеющее угол рассеивания в 100-120 градусов. Чтобы добиться определенной фокусировки луча, применяют купольные линзы, «собирающие» свет в пучок.

Читайте также!

Что такое КСС: важность параметра и использование при выборе светильника

Подробнее

Цветовая температура

Оттенок цвета, который дают светодиоды, очень важен для комфорта человека. Раздражающий цвет светового потока взывает напряжение, служит помехой. Белый цвет не однороден: он делится на сегменты. Можно выбрать светодиоды со следующими значениями «цветовой температуры»:

• теплые цвета для дома (2700-3500 Кельвинов);
• нейтральные цвета (3500-5000 Кельвинов);
• холодные цвета для интенсивной работы (от 5000 Кельвинов).

Фото: freepik / freepik.com

Габариты

Модификация светодиода определяется по типоразмеру и габаритам.

Часто задаваемые вопросы о типах светодиодов

Где находятся «плюс» и «минус» светодиода?

«Минус» нового диода – там, где ножки короче, «плюс» – где они длиннее. В SMD-диодах ножек нет: на стороне «минуса» наносят изображение скошенного угла.

Как читать маркировку светодиодов?

Возьмем тип светодиода SMD с маркировкой: 2835 UWC 5. Здесь:

• SMD 2835 – это типоразмер: 28 и 35 - размеры корпуса (2,8 × 3,5 мм);
• UWC – оттенок свечения Ultra White Cool: ультрахолодный белый свет;
• 5 – мощность тока 0,5 Вт.

Какие бывают типы протоколов управления светодиодами?

Примеры протоколов управления для светодиодных систем:

• 0-10 В - простой аналоговый протокол, где напряжение 0 В соответствует минимальной яркости (выключению), а 10 В – максимальной яркости. Умеренно энергоемкое малозатратное решение для базовых систем освещения.
• DALI (Digital Addressable Lighting Interface) - цифровой протокол, позволяющий адресно распределять освещение (до 64 устройств на одной линии). Высокая эффективность, включая осуществление двусторонней связи, возможность группировки и точно рассчитанного планового управления.
• DMX512 – унифицированный протокол для управления сценическим освещением. Поддерживает до 512 каналов на одной линии, обеспечивает высокую скорость обновления (до 44 раз в секунду). Используется для RGB-систем и освещения в движении.
• Беспроводные протоколы Bluetooth, ZigBee, Wi-Fi – обеспечивают дистанционное управление, не требующее проводов для передачи и считывания сигналов. Используется в мобильных гаджетах, в системах типа «умный дом».

Светодиодное освещение завоевывает массового потребителя благодаря бесспорным преимуществам – дешевизне, длительному сроку службы, простоте и эффективности управления.

Для идеально подходящего вам освещения выбирайте приборы с учетом описанных выше технических параметров и важных характеристик. Подбирайте оптимальные для ваших потребностей мощность и цветовые оттенки света. Комфортное освещение – важнейшее условие эффективной работы и качественного отдыха.

Автор статьи Путятин Антон Владимирович Генеральный директор