Натомість 30 світлодіодів: властивості і особливості світлодіодних матриць CREE сімейства CXA

1. Склад сімейства СХА
2. Бінінг світлодіодних матриць сімейства СХА
3. Групи по напрузі
4. Групи за індексом передачі кольору
5. Бінінг по світловому потоку
6. Бінінг по колірній температурі
7. Робочі характеристики матриць СХА
8. Застосування матриць СХА
9. Висновок
10. Про компанію Cree

Для професійного футболу краще велика спортивна арена і серйозний клуб, ніж багато маленьких футбольних «коробок» у дворах з відрізняються один від одного рівнем команд. Аналогічним чином, для професійного висвітлення краще світлодіодна матриця (або СОВ-матриця), ніж багато окремих світлодіодів з відмінними один від одного характеристиками. Це ще раз доводить серія світлодіодних матриць CXA виробництва компанії CREE .

Стаття була раніше опублікована в журналі «Сучасна світлотехніка» і передруковується з письмового дозволу агентства.

Причина, по якій всі провідні виробники освітлювальних світлодіодів займаються виробництвом світлодіодних матриць, досить очевидна - неможливість отримати відносно велику потужність і, відповідно, значний світловий потік від однокристального світлодіода. Існують лише два способи підвищити питому потужність випромінювання напівпровідникового джерела світла - збільшити щільність струму через кристал і площа кристала. Оскільки обидва способи мають певні обмеження, пов'язані з фізичними властивостями і технологією виробництва кристалів, потужність однокристальних світлодіодів обмежена одиницями ват, а єдиною можливістю необмеженого нарощування випромінювальної здатності джерела напівпровідникового світла залишається збільшення кількості кристалів, які беруть участь в процесі генерації світла.

В даний час для виробництва світлодіодних матриць широко використовується технологія COB (Chip-On-Board). Ця технологія, як випливає з її назви, передбачає установку всіх світлодіодних кристалів, що утворюють матрицю, безпосередньо на загальну підкладку без попереднього корпусування. Надалі вся група кристалів покривається загальним шаром люмінофора, утворюючи, таким чином, єдину поверхню світіння. В якості підкладки використовується металева (як правило, алюмінієва) або керамічна пластина. У світлодіодних матрицях сімейства СХА використовуються обидва типи підкладок.

Кристали, що утворюють матрицю, об'єднуються електрично в послідовні ланцюжки, які, в свою чергу, з'єднуються між собою паралельно. Для досягнення високої рівномірності світіння і максимальної ефективності світлодіодної матриці необхідно забезпечити рівність струмів в ланцюжках кристалів. Для цього, по-перше, всі ланцюжки містять однакову кількість кристалів, а по-друге, кристали підбираються таким чином, щоб сумарні вольтамперні характеристики окремих ланцюжків були по можливості максимально близькі один до одного, тобто при однакових напругах на ланцюжках струми в них повинні бути теж практично однакові.

З точки зору розробника світлодіодна матриця являє собою світлодіод з певними електричними і світлотехнічними характеристиками і відрізняється, перш за все, своїми габаритами і розміром світиться поверхні. По суті, так воно і є. Однак, світлодіодні матриці CREE мають ряд специфічних особливостей, які необхідно враховувати в процесі проектування освітлювальних пристроїв на їх основі. Розробника з досвідом проектування на базі дискретних світлодіодів може призвести в оману відсутність важливих параметрів, які мають ключове значення для розрахунків, своєрідне трактування окремих характеристик, тільки зовні схожих з аналогічними властивостями світлодіодів, необхідність використання специфічних матеріалів, нестандартних методик розрахунку і багато іншого. Одна з цілей даної статті - прояснити ці моменти, запропонувати методику розрахунку робочих характеристик і рекомендації щодо застосування.

Склад сімейства СХА

Всі світлодіодні матриці сімейства СХА мають схожу структуру найменування, завдяки чому вже за назвою приладу можна скласти уявлення про розміри матриці, про споживаної потужності, про групу (біне) по напрузі, індексу передачі кольору (CRI), про світловому потоці і діапазоні колірних температур. Назва матриці починається з букв CXA, за якими ідуть чотири цифри - з них перші дві відповідають номеру серії (що приблизно відповідає розміру матриці в міліметрах), а інші дві позначають номінальну потужність в ватах.

Дамо деякі пояснення щодо того, що являє собою номінальна потужність. Не слід сприймати цю величину як рекомендовану робочу або максимально допустиму потужність. Це всього лише округлена потужність споживання, при якій вимірюються (точніше - нормуються) основні параметри приладу. Можна також стверджувати, що це потужність, при якій проводиться біновка приладу (аналогічно тому, як дискретні світлодіоди бінуются при певному струмі). Допустима робоча потужність може значно перевищувати номінальну. Наприклад, для світлодіодної матриці СХА1304 (тобто з номінальною потужністю 4 Вт) максимальна потужність складає 10.9 Вт (майже в три рази більше). Правильніше за все сприймати ці цифри в назві як якийсь клас приладу по потужності - чим більше цифри, тим потужніше прилад. Повна структура назви світлодіодних матриць сімейства CXA представлена ​​на малюнку 1.

Мал. 1. Структура назви світлодіодних матриць сімейства CXA

Заключну частину назви, що відповідає за угруповання за параметрами, ми докладніше розглянемо пізніше, а поки звернемо увагу на загальний склад сімейства СХА, розглянемо існуючі класи приладів і основні характеристики окремих серій.

Першим представником сімейства стала світлодіодна матриця СХА2011. Про це светодиоде слід розповісти окремо, і не тільки тому, що він був першим, але, головним чином, з тієї причини, що цей прилад докорінно відрізняється від своїх побратимів по технології виготовлення (це єдиний представник сімейства СХА, виконаний на алюмінієвій підкладці) і способу монтажу.

Мал. 2. Світлодіодна матриця CXA2011 на алюмінієвій підкладці

СХА2011 - це світлодіодна матриця на алюмінієвому підставі розміром 22х22 мм (рисунок 2). Максимальний робочий струм матриці досягає 1000 мА, типове пряме напруга - 40 В на струмі 270 мА і не перевищує 48 В на граничному струмі, максимальна потужність - 45 Вт. Світловий потік на максимальній потужності досягає 3500 лм. Як і для всіх інших сучасних світлодіодів CREE, вимірювання параметрів (Бінінг) СХА2011 здійснюється при температурі переходу кристалів, що дорівнює 85 ° C. Підкладка оснащена двома наскрізними отворами для кріплення на радіатор за допомогою гвинтів.

Як зазначалося вище, CXA2011 - єдиний прилад в сімействі, виконаний на металевому підставі. Всі інші матриці типу СХА реалізовані на керамічній підкладці з високою теплопровідністю. Прилади цієї групи можна умовно розділити на три класи. Клас матриці залежить від ступеня інтеграції і розмірів світиться поверхні, що, в кінцевому підсумку, визначає переважну область застосування приладу. До першого класу відносяться матриці з високим ступенем інтеграції. Вони призначені для тих додатків, де необхідно забезпечити максимальний світловий вихід при мінімальних габаритах джерела світла. Зокрема, рекомендується використовувати прилади цього класу для заміни металогалогенних ламп. Так, наприклад, матриця типу CXA2590, світловий потік якої досягає 15600 лм, може замінити металогалогенні лампу на 150 Вт (чий світловий потік, як правило, становить 11000 ... 14000 лм). Серії CXA-матриць, що відносяться до даного класу, і їх основні параметри представлені в таблиці 1.

Таблиця 1. CXA-матриці з високим ступенем інтеграції

Найменування Розміри, мм Діаметр області світіння, мм Світловий потік, лм Типове пряму напругу, В Робочий струм, мА Максимальна потужність, Вт CXA1310 (18 В) 13.4 × 13.4 6 1400 ... 2700 18 700 ... 1050 20 CXA1310 (36 В) 36 350 ... 525 CXA1520 15.9 × 15.9 9 2000 ... 4000 35 500 ... 900 33 CXA1850 17.9 × 17.9 12 6000 ... 9400 35 1400 ... 2100 78 CXA2590 23.9 × 23.9 19 8000 ... 15600 69 1200 ... 1800 130

Наступний клас приладів включає малогабаритні матриці стандартної ступеня інтеграції з діаметром області світіння не більше 14 мм. Ці матриці призначені, головним чином, для заміни стандартних традиційних джерел світла середньої потужності (ламп розжарювання, галогенних і компактних люмінесцентних ламп) і використовуються переважно в складі так званих ретрофітов і локальних світильників. Прилади даного класу і їх основні характеристики представлені в таблиці 2.

Таблиця 2. Малогабаритні CXA-матриці стандартної ступеня інтеграції

Найменування Розміри, мм Діаметр області світіння, мм Світловий потік, лм Типове пряму напругу, В Робочий струм, мА Максимальна потужність, Вт CXA1304 (9 В) 13.4х13.4 6 500 ... 900 9,3 400 ... 1000 11 CXA1304 (18 В) 18.6 200 ... 500 CXA1304 (37 В) 37 100 ... 250 CXA1507 (18 В) 15.9х15.9 9 700 ... 1300 18.5 400 ... 750 15 CXA1507 (37 В) 37 200 ... 375 CXA1512 (18 В) 1100 ... 2200 18.5 700 ... 1200 24 CXA1512 (37 В) 37 350 ... 600 CXA1816 17.9х17.9 12 1700 ... 3500 450 ... 900 37 CXA1820 3000 ... 4500 550 ... 1050 40 CXA1830 14 4500 ... 6500 800 ... 1400 57

Останній клас світлодіодних матриць сімейства CXA включає прилади стандартної ступеня інтеграції з відносно великою світиться поверхнею (понад 14 мм в діаметрі). Ці матриці використовуються в додатках, де потрібно досить великий світловий потік, але розмір джерела світла не має принципового значення. Як приклад таких програм можна привести вуличне і промислове освітлення. Основні параметри матриць даного класу наведені в таблиці 3.

Таблиця 3. CXA-матриці стандартної ступеня інтеграції з великою світиться поверхнею

Найменування Розміри, мм Діаметр області світіння, мм Світловий потік, лм Типове пряму напругу, В Робочий струм, мА Максимальна потужність, Вт CXA2520 23.9х23.9 19 3000 ... 5000 36 550 ... 1250 50 CXA2530 3000 ... 6000 37 800 ... 1600 62 CXA2540 4000 ... 8000 1100 ... 2100 86 CXA3050 27.4х27.4 23 4000 ... 10000 37 1400 ... 2500 100 CXA3070 9000 ... 11000 38,5 1 925 ... 2 800 117 CXA3590 34.9х34.9 30 10000 ... 18000 77 1200 ... 1800 150

Користуючись зазначеними даними, розробник освітлювального обладнання може визначитися з вибором на рівні серії світлодіодної матриці, але цієї інформації недостатньо для вибору конкретної позиції, тобто світлодіода з цілком певною величиною світлового потоку на заданому струмі, що випромінює світло певної колірної температури з заданим індексом передачі кольору і т.д. Іншими словами, світлодіодна матриця повинна мати цілком певним набором бінов.

Бінінг світлодіодних матриць сімейства СХА

Щоб розглянути систему Бінінг CXA-матриць, необхідно, перш за все, повернутися до малюнка 1, де наведено повна структура найменування цих приладів. У загальному випадку, як випливає з структури, світлодіодні матриці СХА бінуются (групуються) за чотирма параметрами: прямому напрузі, індексу передачі кольору, яскравості (світловий потік) і кольоровості (діапазон колірних температур). Розглянемо докладніше особливості біновкі матриць по кожному з цих параметрів.

Групи по напрузі

Напруга на світлодіодним матриці безпосередньо залежить від того, яким чином об'єднані кристали в складі матриці, скільки послідовно з'єднаних кристалів містить ланцюжок. Змінюючи кількість кристалів в ланцюжку, можна отримати кілька варіантів світлодіодної матриці на різні робочі напруги. Ця можливість реалізована у матриць чотирьох серій - CXA1304 , CXA1310 , CXA1507 і CXA1512 . Наприклад, світлодіоди серії CXA1304 випускаються в трьох варіантах за величиною прямого напруги - на 9, 18 і 37 В (таблиця 2). Для того щоб визначити, до якої групи по напрузі належить та чи інша позиція, до складу назви включений відповідний однорядкове резюме код (позначений літерами VV, малюнок 1). Коди груп по напрузі наведені в таблиці 4.

Таблиця 4. Кодування груп по напрузі CXA-матриць

Групи за індексом передачі кольору

Всі світлодіодні матриці сімейства CXA випускаються в декількох варіантах в залежності від індексу передачі кольору (CRI). Всього існують чотири групи за цим індексом:

• група 0 - CRI (хв.) 70;
• група H - CRI (хв.) 80;
• група U - CRI (хв.) 90;
• група Y - CRI (хв.) 93.

Код групи за індексом передачі кольору входить до складу назви позиції (шостий символ з кінця, позначений буквою R на малюнку 1). Переважна більшість серій сімейства CXA включають позиції всіх чотирьох груп по CRI. Виняток становлять лише шість серій:

• серії CXA1310 , CXA1830 , CXA1850 і CXA2590 не містять позицій групи U;
• серія CXA2011 містить позиції тільки груп 0 і U;
• серія CXA3070 містить позиції тільки груп 0 і H.

Бінінг по світловому потоку

Як уже згадувалося, Бінінг світлодіодних матриць проводиться не на фіксованих значеннях струму, як у світлодіодів, а в режимі, коли споживана потужність приблизно дорівнює номінальній. В результаті кожна серія матриць СХА тестується на власному струмі. Більш того, якщо в серії присутні групи по напрузі, кожна з груп тестується на своєму струмі. Наприклад, серія CXA1304 має в своєму складі позиції трьох груп по напрузі. Група на 9 В тестується на струмі 400 мА, група на 18 В - на струмі 200 мА, а група на 37 В - на струмі 100 мА (легко переконатися, що в кожному випадку потужність споживання близька до номінальної і становить 3.6 ... 3.7 Вт) . А якщо, скажімо, взяти матрицю серії CXA1507 зі схожими групами по напрузі, то для цього приладу тестування групи на 18 В проводиться на струмі 400 мА, а групи на 37 В - на струмі 200 мА (потужність 7.2 ... 7.4 Вт). Зрозуміло, що при такому методі тестування порівнювати між собою по бінам позиції різних серій не має сенсу, тому що вимірювання проводилися в різних умовах. Наприклад, візьмемо бін по яскравості, який включають обидві розглянуті вище серії - бін C4, 475510 лм. Але CXA1304 з біном С4 забезпечить ці значення світлового потоку на потужності близько 4 Вт, а СХА1507 з тим же біном - на потужності близько 7 Вт. Коментарі, як то кажуть, зайві.

Бінінг по колірній температурі

Протягом останніх декількох років компанія CREE активно впроваджує в свої вироби технологію EasyWhite. Не вдаючись в її тонкощі, можна сказати, що EasyWhite - це якийсь спосіб отримання світлодіодів білого світіння з певною колірною температурою. Звичайно, домогтися ідеального збігу із заданою величиною на практиці (особливо в умовах серійного виробництва) неможливо. Проте, EasyWhite покликана скоротити відхилення від заданої величини до прийнятних значень. Величину відхилення від заданого значення колірної температури вимірюють в т.зв. кроках Макадама. Один крок (одиниця) Макадама відповідає такій відстані на хроматичної діаграмі, при якому людське око ще не виявляє різницю в кольорі.

Компанія CREE випускає світлодіодні матриці по технології EasyWhite на сім фіксованих значень колірної температури - 2700, 3000, 3500, 4000, 5000, 5700 і 6500К в двох варіантах виконання - з відхиленнями від номіналу в два і чотири кроки Макадама. Вважається, що двокрокового відхилення температури кольору практично непомітно людським оком, а четирехшаговое відхилення хоча і помітно, але настільки слабо, що цілком допустимо на практиці. Дана технологія була розроблена, щоб позбавити споживача від необхідності підбирати світлодіоди по бінам і забезпечити однаковий відтінок світла в світильнику або їх групі. Слід зауважити, що і підбір по бінам не завжди вирішував цю проблему. Відповідно до стандарту ANSI, відстань від центрального значення до кордонів області, закріпленої за одним кольором (один бін ANSI), відповідає семи кроків Макадама. Через настільки широких меж діапазону різниця в кольорі в межах одного біна ANSI була досить суттєвою. Проте, CREE продовжує випускати матриці за стандартною технологією з біновкой за стандартом ANSI. Дані матриці затребувані в тих областях, де різниця у відтінку світла не має значення і головним критерієм служить вартість приладу (наприклад, освітлення складських і господарських приміщень). На малюнку 3 показані області біновкі по ANSI і EasyWhite.

Мал. 3. Області Бінінг за стандартом ANSI і технології EasyWhite

Код групи по колірній температурі позначений трьома символами в кінці назви (рисунок 1). За кодом групи можна визначити тип Бінінг (ANSI або EasyWhite) і колірну температуру. У разі технології EasyWhite код має структуру xxH або xxF, де хх - це перші дві цифри колірної температури. Таким чином, щоб отримати значення колірної температури, слід до цих цифр додати два нулі. Буква H в кінці вказує на два кроки Макадама, a F, відповідно, - на чотири. Наприклад, код 35F вказує на технологію EasyWhite і колірну температуру 3500К в діапазоні чотирьох кроків Макадама.

Код Бінінг по ANSI має формат ОЕХ, де х - цифра від 1 до 8, що позначає порядковий номер області ANSI в діапазоні 6500 ... 2700К відповідно (рисунок 3). Наприклад, код 0E6 відповідає біновке по ANSI в області колірної температури 3500К.

Робочі характеристики матриць СХА

На підставі викладеного вище вже можна зробити висновок про те, що світлодіодні матриці мають ряд суттєвих відмінностей від дискретних світлодіодів. Але на цьому історія не закінчується, розрахунок і визначення робочих характеристик світлодіодних матриць також має специфічні особливості. В першу чергу, це пов'язано зі специфікою теплових характеристик даних приладів.

Той, хто Вивчай характеристики матриць СХА, напевно звернув Рамус, что в документації відсутня найважлівішій параметр, необхідній для Здійснення теплового розрахунку - тепловий Опір между області переходу и поверхні корпусу. Також з документації зникла максимально допустима температура переходу. Замість цього параметра CREE призводить в документації графік залежності максимально допустимого робочого струму від температури корпусу (рисунок 4).

Мал. 4. Робоча область світлодіодної матриці CXA2540

Всі графіки залежностей в документації, так чи інакше пов'язані з температурою, також наводяться саме до температури корпусу, тоді як Бінінг прив'язаний до температури переходу. Наприклад, світловий потік по бінам вимірюється при температурі переходу 85 ° C. При цьому немає будь-якої можливості зв'язати температуру переходу з температурою корпусу з тієї простої причини, що в документації відсутня інформація про тепловому опорі.

CREE з цього приводу повідомляє, що використовувати температуру переходу не потрібно, тому що для практичних цілей цілком достатньо оперувати температурою корпусу. Якщо робоча область укладається в задані межі (як в прикладі на малюнку 4), то більше ні про що турбуватися не варто. А тепловий опір системи охолодження визначається за кривими, наведеними в документації (малюнок 5).

Мал. 5. Залежність теплового опору системи охолодження від робочого струму і температури навколишнього середовища для світлодіодної матриці CXA2540

CREE пояснює, що дані криві (рисунок 5) розраховані таким чином, що якщо тепловий опір охолоджуючої системи не вище, ніж визначено за графіками, то температура корпусу не вийде за допустимі межі (рисунок 4). Дана методика виглядає дійсно досить привабливо, але, на жаль, не дає відповіді на питання про значення температури корпусу. А без цієї величини неможливо визначити точне значення робочих характеристик і, зокрема, реальну величину світлового потоку.

Проблема з температурою корпусу вирішується одним з двох способів. По-перше, можна визначити тепловий опір системи охолодження за методикою CREE, а потім розрахувати температуру корпусу (Тс) за формулою:

Tc = Rca × Pt + Ta

де Rca - тепловий опір системи охолодження (ділянки корпус матриці - навколишнє середовище) в ° С / Вт; Pt - теплова потужність, Вт; Ta - температура навколишнього середовища, ° С.

По-друге, можна заздалегідь задатися температурою корпусу, а потім розрахувати тепловий опір системи охолодження:

Rca = (Tc - Ta) / Pt

Другий спосіб краще, тому що він дозволяє визначити температуру корпусу виходячи із заданих електричних і світлотехнічних характеристик, а не навпаки.

В обох способах в розрахунках використовується теплова потужність (Pt). Часто в якості цього значення виступає споживана електрична потужність:

Ре = U × I

де U - напруга на світлодіоді, В; I - струм через світлодіод, А.

Такий підхід дає явно завищене значення теплової потужності і в результаті призводить до непотрібного збільшення габаритів і маси радіатора. Слід враховувати, що світлодіод є досить ефективним інструментом з відносно високим ККД. На жаль, цей параметр відсутній в технічній документації. Але, як свідчать дані різних досліджень, ККД сучасних світлодіодів CREE становить близько 40%. Це означає, що близько 60% споживаної енергії перетворюється в тепло. Компанія CREE стверджує, що ККД її білих світлодіодів перевищує 40%, але при цьому рекомендує для теплових розрахунків задаватися значенням ККД, рівним 25%. Отже, формулу для теплової потужності можна записати в такий спосіб:

Pt = K × Pe,

де К = (100% - ККД) / 100 - коефіцієнт, що визначає частку теплової енергії. Його значення знаходяться в діапазоні 0.6 ... 0.75.

Розглянемо практичний приклад визначення робочих характеристик світлодіодної матриці і розрахунку теплового опору радіатора. Досліджуємо з цією метою матрицю СХА2540 - один з найпопулярніших приладів сімейства. Для початку визначимо завдання.

Припустимо, ми плануємо створити світильник для складського приміщення. Особлива якість світла в даному випадку не потрібно, головне - забезпечити максимальну ефективність при найменшій вартості. З цією метою вибираємо матрицю з бінамі ближче до холодного діапазону (для ефективності). Сама «висока» група по яскравості в цьому діапазоні - W4 (5225 лм на 1100 мА при 85 ° С). З цією групою по яскравості є позиції в діапазонах 5000, 5700 і 6500К. Виберемо для визначеності позицію в діапазоні 5000К (цей відтінок краще виглядає) - CXA2540-0000-000N00W40E3. Щоб «вичавити» з цієї матриці максимальний світловий потік і при цьому скоротити розміри радіаторів, доведеться її експлуатувати на максимальному струмі при максимально можливій температурі.

Для визначення режиму експлуатації звернемося до графіку на малюнку 4. З нього випливає, що граничний режим роботи для CXA2540 - робочий струм 2100 мА при температурі корпусу близько 85 ° С. Визначимо характеристики матриці в робочому режимі - потужність і світловий потік. Для цього знайдемо в документації графіки напруги і відносного світлового потоку в залежності від струму при різних температурах корпусу (малюнки 6 ... 7).

Мал. 6. Графік залежності прямого напруги від струму при різних температурах корпусу для світлодіодної матриці CXA2540

Мал. 7. Графік залежності відносного світлового потоку від струму при різних температурах корпусу для світлодіодної матриці CXA2540

З графіка на малюнку 6 знаходимо, що при температурі корпусу 85 ° С і струмі 2100 мА напруга становить близько 40.3 В. Отже, електрична потужність споживання розраховується за формулою:

Ре = 40.3 × 2.1 = 84.63 Вт.

Далі визначимо світловий потік з графіка на малюнку 7. У даному випадку потрібно одне уточнення - від якої величини відраховувати відносна зміна світлового потоку? Документація роз'яснює цей момент - зміна світлового потоку виміряна щодо значення біна по яскравості на струмі 1100 мАг при температурі переходу 85 ° С. У нашому випадку значення біна - 5225 лм, графік дає при струмі 2100 мА і температурі корпусу 85 ° С збільшення на 140%. Отже, світловий потік в «гарячих» люменах дорівнює:

F = 5225 × 1.4 = 7315 лм.

Тепер визначимо тепловий опір радіатора. Розрахуємо дві величини при граничних значеннях коефіцієнта K - 0.6 і 0.75 і за умови, що температура навколишнього середовища дорівнює 25 ° С:

R1 = (85 - 25) / (0.6 × 84.63) = 1.18 ° C / Вт,

R2 = (85 - 25) / (0.75 × 84.63) = 0.95 ° C / Вт.

Отже, радіатор повинен мати тепловий опір в діапазоні 0.95 ... 1.18 ° C / Вт. До речі, за спрощеною методикою CREE, тепловий опір становить близько 0.7 ° C / Вт (малюнок 5). Розрахований нами радіатор менше на 30%. Правда, ми самі поставили собі таке завдання - отримати радіатор менше, для чого помістили матрицю в найважчий режим по температурі. У реальних умовах, звичайно, намагаються не експлуатувати прилади в граничних умовах. В даному випадку подібні умови були обрані тільки для спрощення розрахунків і викладок, щоб проілюструвати використання методики.

Застосування матриць СХА

Починаючи роботу над новим проектом світлодіодного світильника, розробник насамперед повинен вирішити, який тип джерела світла застосувати в додатку - дискретний світлодіод або світлодіодну матрицю. У ряді випадків відповідь на це питання не викликає сумнівів. Наприклад, в світильниках «Армстронг» однозначно слід застосовувати дискретні світлодіоди. Але в інших випадках відповідь на це питання не настільки однозначна.

Найчастіше у розробників викликає сумнів той факт, що світлодіодні матриці забезпечують ту ж високу ефективність, що і потужні однокристальних світлодіоди. Щоб розвіяти ці сумніви, порівняємо характеристики матриць і дискретних світлодіодів в однакових теплових режимах. З асортименту світлодіодних матриць виберемо одну з найпотужніших - CXA2590, а для порівняння розглянемо два світлодіода з найпопулярніших на сьогоднішній день серій - XTE і XML2. Порівняння проведемо при температурі корпусу 55 ° С на самих верхніх бінах по яскравості. Оскільки всі три приладу мають різні діапазони робочих струмів, наведемо їх до «спільного знаменника», тобто замість абсолютних значень струмів використовуємо відносні значення (в% від максимального). Отримані результати представлені на малюнку 8.

Мал. 8. Залежність ефективності від струму

Слід визнати, що сучасні світлодіодні матриці демонструють дійсно чудові характеристики. У наведеному вище порівняно матриця CXA2590 по ефективності залишила далеко позаду, мабуть, найпопулярніший на сьогоднішній день світлодіод типу XTE і наздогнала найефективніший XML2. Таким чином, міф про низьку ефективність матриць повністю розвінчаний.

Якщо порівняти ті ж позиції за абсолютним значенням світлового потоку (на максимальному струмі), то виявиться, що одна матриця CXA2590 замінює майже 30 світлодіодів типу XTE або 13 світлодіодів XML2.

Розрахункові дані для цього дослідження отримані за допомогою програми «PCT-калькулятор». Згідно з цими даними, світловий потік матриці CXA2590 з біном по яскравості ВВ (9500 ... 10000 лм на струмі 1200 мА) при температурі корпусу 55 ° С на максимальному робочому струмі (1800 мА) становить 12886.5 лм. Подібне значення світлового потоку характерно для ламп типу ДРЛ250 (стандартне значення - 13000 лм), що активно використовуються в потужних світильниках різного призначення, в тому числі для вуличного і промислового освітлення. Хоча напівпровідниковий джерело світла трохи програє в цьому змаганні по світловому потоку, можна з упевненістю стверджувати, що світильник на базі CXA2590 перевершить по світловому виходу традиційне рішення на ДРЛ250. Причина в тому, що відносні втрати світла в традиційних світильниках завжди набагато вище, ніж в світлодіодних. Вся справа в принципову різницю між звичайним джерелом світла (лампою) і світлодіодом. Стандартна лампа являє собою ізотропний джерело світла (світить однаково в усіх напрямках). Щоб направити світло в потрібну сторону, в традиційних світильниках застосовуються відбивачі, на яких неминуче втрачається частина світлового потоку. В результаті загальні втрати світлового потоку (з урахуванням втрат на захисному склі) в традиційних світильниках досягають 40 ... 50%. У світлодіодних світильниках в силу спрямованого характеру випромінювання світлодіодів весь світловий потік спочатку йде в необхідну сторону, завдяки чому загальні втрати, як правило, не перевищують 10 ... 15% (втрати на зовнішньому оптичному елементі). Таким чином, матриця CXA2590 може з успіхом застосовуватися для заміни ламп ДРЛ250 в традиційних освітлювальних приладах у всіх можливих додатках, в тому числі для освітлення автомобільних магістралей.

До недавнього часу світлодіодні світильники для автомагістралей виготовлялися виключно на базі однокристальних світлодіодів. Це пов'язано з тим, що дорожні світильники повинні формувати діаграму спрямованості складної форми, а оптичні елементи (лінзи) з відповідними кривими сили світла (КСС) були доступні тільки для дискретних світлодіодів. Лише з появою спеціальних силіконових лінз від компанії Ledil з'явилася можливість використовувати світлодіодні матриці в дорожньому освітленні.

На базі світлодіодної матриці CXA2590 і силіконової лінзи STELLA-A (Ledil) можна створити повноцінний дорожній світильник. На малюнку 9 показаний результат моделювання в програмі DIALux для даної комбінації з матриці і лінзи - освітленість ділянки двосмугової автомобільної траси в умовних кольорах.

Мал. 9. Освітленість ділянки двосмугової дороги (в умовних кольорах), створювана матрицею CXA2590 з силіконовою лінзою STELLA-A

Моделювання проводилося для дороги шириною 7 м при установці світильника на висоті 9.5 м і відстані між опорами 20 м. Для розрахунків освітленості використовувалося максимальне значення світлового потоку світлодіодної матриці CXA2590 (2886.5 лм) з урахуванням втрат в лінзі STELLA-A (7%). Отримані результати повністю відповідають нормам освітленості магістральних доріг категорії А з інтенсивністю руху більше ніж 3000 одиниць автотранспорту на годину: середня яскравість дорожнього покриття - 1.63 кд / м² (норматив - не менше 1.6 кд / м²); середня освітленість - 24 лк (норматив - не менше 20 лк).

Останній приклад остаточно підтверджує той факт, що область застосування світлодіодних матриць практично нічим не обмежена. Вони можуть служити повноцінною заміною традиційних джерел світла і потужним однокристальним светодиодам у всіх можливих додатках.

Висновок

Завдяки використанню світлодіодних матриць замість одиночних світлодіодів значно спрощується конструкція світильника, відпадає необхідність в проектуванні і виготовленні друкованої плати, скорочується кількість оптичних елементів. Все це веде до зниження вартості і скорочення термінів розробки, спрощення і здешевлення виробничого процесу і, в кінцевому підсумку, до зниження собівартості вироби і скорочення термінів виходу на ринок. У зв'язку з цим популярність світлодіодних матриць останнім часом невпинно зростає. Йдучи до цієї тенденції, компанія CREE постійно розширює асортимент сімейства CXA , Доповнюючи його новими виробами з поліпшеними характеристиками. Відомі своєю високою якістю в поєднанні з чудовими технічними характеристиками, світлодіодні матриці сімейства СХА користуються підвищеним попитом серед розробників і виробників світлодіодного освітлювального обладнання.

Отримання технічної інформації , замовлення зразків , замовлення і доставка .

Про компанію Cree

Компанія Cree Inc. є світовим лідером у виробництві напівпровідникових кристалів з карбіду кремнію (SiC) та приладів на їх основі. Польові транзистори, діоди та інші напівпровідникові прилади на основі карбіду кремнію мають ряд переваг в порівнянні з аналогічними кремнієвими приладами. Серед них - робоча температура кристала до 600 ° С, високу швидкодію, радіаційна стійкість. В даний час Cree виробляє високовольтні SiC діоди Шотки з напругою 300 ... 1200В і ... читати далі