Сергей Шмаков - Профессиональные советы домашнему электрику

Широкое распространение получили светодиоды типа Luxeon фирмы Lumileds Lighting. На рис. 7.6 показано строение мощного светодиода Luxeon.

Рис. 7.6. Строение мощного светодиода Luxeon

Подобную конструкцию имеет многие мощные недорогие светодиоды китайских производителей. Конструкция светодиода Luxeon обеспечивает эффективный отвод тепла от кристалла. Значительное количество энергии, подводимой к светодиоду, все еще расходуется на нагрев кристалла. Световая отдача белого светодиода Luxeon при номинальном прямом токе 0,3 А составляет 30–40 лм/Вт. Т. е. это уже больше светоотдачи классических и галогенных ламп накаливания.

Светодиоды Luxeon делятся по электрической мощности на следующие серии: Luxeon I— 1 Вт (однокристальные с прямым рабочим током 350 мА); Luxeon III— 3 Вт (однокристальные с прямым рабочим током 0,7–1 A); Luxeon V— 5 Вт (четырехкристальные с прямым рабочим током 700 мА).

Светодиоды Luxeon делятся по исполнению: Emitter — единичный светодиод (базовый элемент); Star — Emitter на теплоотводящем основании.

На рис. 7.7 показан внешний вид белого светодиода Luxeon Star (кристалл и рефлектор покрыты слоем желтого люминофора). А на рис. 7.8 показан Luxeon Side Emitting на основании Star. Благодаря специальной конической линзе (обратная линза) имеет круговую диаграмму излучения.

Обратите внимание, что Star/C— Emitter на квадратном теплоотводящем основании с разъемом, a Star/O— Emitter с интегрированной вторичной оптикой.

Рис. 7.7. Внешний вид белого светодиода Luxeon Star(кристалл и рефлектор покрыты слоем желтого люминофора)

Рис. 7.8. Внешний вид Luxeon SideEmitting на основании Star

На рис. 7.9 представлены слева направо Luxeon Star/O (с интегрированной вторичной оптикой), Luxeon Star и Luxeon Emitter.

Рис. 7.9. Внешний вид белого светодиода Luxeon Star

Ring 6, Ring 12 — модули, состоящие из 6 и 12 светодиодов Star/O, закрепленных на кольцевом основании, представлены на рис. 7.10.

Рис. 7.10. Внешний вид модулей Ring 6, Ring 12

Помимо Lumileds Lighting высокоэффективные (мощностью 1 Вт) светодиоды выпускают и другие известные фирмы производители, например, OSRAM Optosemiconductors выпускает серию Golden DRAGON™.

В табл. 7.1 приведены технические характеристики светодиодов белого света OSRAM, NICHIA, Edixeon мощностью 1 Вт.

Следующим этапом развития светодиодов Luxeon стали светодиоды серии Luxeon K2. Варианты их исполнения представлены на рис. 7.11 и рис. 7.12. А на рис. 7.13 приведено внутреннее строение светодиода Luxeon K2.

Рис. 7.11. Внешний вид светодиода серии Luxeon K2на основании STAR

Рис. 7.12. Внешний вид светодиода серии Luxeon K2(Emitting)

Рис. 7.13. Внутреннее строение светодиода серии Luxeon K2

Световой поток светодиодов серии Luxeon К2, например, у LXK2-PW14-V00 составляет 120 лм при прямом рабочем токе 1 А.

В мире ежегодно производится несколько миллиардов светодиодов. Бесспорным лидером по объемам производства в этой области стала КНР вместе с другими странами юго-восточной Азии.

Но в производстве качественных высокоэффективных светодиодов и кристаллов для них лидером является американская фирма Сrее ( www.cree.com), которая первой начала делать светодиоды на подложке не из сапфира или кремния, а из карбида кремния (SiC), имеющего значительно меньшее тепловое сопротивление, используя в светоизлучающих кристаллах нитриды галлия и индия (рис. 7.14, рис. 7.15). Это позволило повысить световую отдачу белых светодиодов до 80-100 лм/Вт.

Рис 7. 14. Внешний вид светодиода серии XLampXR-ELED

Рис 7.15. Светодиод серии XLamp XR-E LEDустановлен на плате

Надо отметить, что сегодня на базе кристаллов Сrее выпускают свои светодиоды такие крупные производители как OSRAM Opto Semiconductor, Seoul Semiconductor, LedEngin, dison Opto Corporation, Avago Technology и многие другие. В свою очередь, не отстает от лидера и компания Lumileds (Philips), выпустив линейку светодиодов Luxeon® Rebel (рис. 7.16 — рис. 7.19).

Рис 7.16. Внешний вид светодиода Luxeon Rebel AllnGaN

Рис 7.17. Внешний вид светодиода Luxeon Rebel АllnGаР

Рис 7.18. Внутреннее строение светодиодов серии Luxeon Rebel (AllnGaN)

Рис 7.19. Внутреннее строение светодиодов серии Luxeon Rebel (AllnGaP)

Световой поток светодиодов Luxeon® Rebel в частности LXML-PWC1-0100 составляет 100 лм при токе 350 мА и 180 лм при токе 700 мА. Т. е. при токе 350 мА светоотдача составляет приблизительно 100 лм/Вт. Интересные свето диоды для местного и общего освещения выпускает и OSRAM Opto Semiconductor. Световой поток светодиода OSTAR составляет 1000 лм (рис. 7.20).

Рис 7.20. Внешний вид светодиода серии OSTAR

Для того чтобы светодиодное освещение вошло в перечень традиционных источников света помимо увеличения световой отдачи и уменьшения стоимости самих светодиодов необходимо решить еще проблему специализированного электрического питания светодиодов и светодиодных модулей. Вести разговоры о том, что светодиоды будут работать 100 000 часов или хотя бы 10 000 часов без качественного электрического питания, нереально.

Во-первых, блок электропитания должен сохранять работоспособность в течение назначенного временного ресурса порядка 50 000 часов и более, обеспечивая при этом требуемые характеристики.

Во-вторых, питание должно быть стабилизированным по току (идеальный вариант — величина тока должна стабилизироваться по температурной зависимости светоизлучающего кристалла), иметь защиту от импульсов перенапряжения и обратной полярности.

В-третьих, цена всего вышеуказанного не должна существенно превышать стоимость светодиодного модуля.

Рассмотрим более подробно особенности питания белых светодиодов. Как известно, светодиод имеет нелинейную вольт-амперную характеристику с характерной «пяткой» на начальном участке (рис. 7.21).

Рис. 7.21. Вольтамперная характеристика светодиода белого свечения

Как мы видим, светодиод начинает светиться, если на него подано напряжение больше 2,7 В.

Внимание.

При превышении порогового напряжения (выше 3 В) ток через светодиод начинает быстро расти и здесь требуется ограничить ток, стабилизировать его на определенном уровне.

Простейшим ограничителем тока через светодиод является резистор. Существует несколько вариантов схемотехнического включения светодиодов. Они делятся на схемы с параллельным, последовательным и смешанным включением.