Маленький кристалл с большими возможностями: характеристики светодиодов

Установка SMD диодов

Как и иные компоненты электронных устройств, светодиоды подвергаются пайке. Это касается моделей любой сложности.

Рисунок №2 Как правильно соединять SMD диоды

Наиболее просто устанавливаются ленты со светодиодами. Они имеют клейкую полосу с помощью которой и крепятся на любой поверхности. Правда автомобилистам не стоит полагаться на клейкость ленты, если она будет закреплена снаружи автомобиля, поскольку влияние климатических условий негативно скажется на её удерживающей способности.

Вопрос объединения двух единичных светодиодов решается при помощи паяния, что весьма просто благодаря медным соединительным площадкам.

При соединении многоцветных диодов с блоком питания и контролером достаточно будет воспользоваться контакторами. Если же понадобится спаять провода, то нужно обязательно соблюдать цветовое соответствие выводов.

Подключение светодиода – способы и схемы

Подключение светодиода к блоку питания или в цепь индикации сводится к правильной определении полярности СИД и, как говорилось выше, подбору ограничивающего резистора. Про второе написано выше, а как правильно определить полярность читайте далее. Итак, обычно индикаторные светодиоды имеют два вывода, плюс и минус или анод и катод соответственно. У DIP LED минусовой вывод всегда короче плюсового. У SMD в районе катода выполнен срез (ключ). Но самый надежный способ определить, где плюс и минус — «прозвонить» мультиметром. В режиме проверки диода при подключении черного щупа COM к плюсу, а красного к минусу показания на дисплее тестера изменится, а светодиод загорится. Все просто!

Наконец, настало время выполнить подключение светодиода к блоку питания. Смотрим на схему и смело подключаем.

Мощные LED, как правило, подключаются через драйверы. Здесь не требуется ограничивать ток, и СД подсоединяется напрямую без дополнительных радиоэлементов. Единственным условием такого подключения является то, что ток драйвера должен быть равен или ниже номинального тока диода.

Теперь давайте рассмотрим варианты подключения нескольких излучающих диодов одновременно. Существует три вида соединений: последовательное, параллельное и смешанное.

При последовательном соединении через каждый элемент протекает одинаковый по величине ток, при условии, что все элементы одного типа. Падения напряжения в этом случае складываются.

При параллельном – происходит в точности до наоборот, токи складываются, а падения остаются. При этом методе на каждый светодиод необходимо свое ограничивающее сопротивление.

При смешанном – оба способа объединяются.

Подключение к сети 220в

Иногда возникает необходимость подключения светодиода к сети 220в. Реализовать такую схему тоже достаточно просто. Кроме ограничивающего резистора, требуется включение в схему диода, защищающего светодиод от обратного напряжения. Параметры ограничителя вычисляются по формулам:

Расчет резистора для светодиода

Надежная работа светодиода зависит от тока, протекающего через него. При заниженных значениях, он просто не будет светить, а при превышении значения тока – характеристики элемента ухудшатся, вплоть до его разрушения. При этом говорят – светодиод сгорел. Для того чтобы исключить возможность выхода из строя этого полупроводника необходимо подобрать в цепь с включенным в нее, резистором. Он будет ограничивать ток в цепи на оптимальных значениях.

Вычисление номинала сопротивления

Для работы радиоэлемента на него нужно подать питание. По закону Ома, чем больше сопротивление отрезка цепи, тем меньший ток по нему протекает. Опасная ситуация возникает, если в схеме течет больший ток, чем положено, так как каждый элемент не выдерживает большей токовой нагрузки.

Сопротивление светодиода является нелинейным. Это значит, что при изменении напряжения, подаваемого на этот элемент, ток, протекающий через него, будет меняться нелинейно. Убедиться в этом можно, если найти вольт — амперную характеристику любого диода, в том числе и светоизлучающего. При подаче питания ниже напряжения открытия p — n перехода, ток через светодиод низкий, и элемент не работает. Как только этот порог превышен, ток через элемент стремительно возрастает, и он начинает светиться.

Если источник питания соединять непосредственно со светодиодом, диод выйдет из строя, так как не рассчитан на такую нагрузку

Чтобы этого не произошло – нужно ограничить ток, протекающий через светодиод балластным сопротивлением, или произвести понижение напряжения на важном для нас полупроводнике

Рассмотрим простейшую схему подключения (рисунок 1). Источник питания постоянного тока подключается последовательно через резистор к нужному светодиоду, характеристики которого нужно обязательно узнать. Сделать это можно в интернете, скачав описание (информационный лист) на конкретную модель, или найдя нужную модель в справочниках. Если найти описание не представляется возможным, можно приблизительно определить падение напряжения на светодиоде по его цвету:

• Инфракрасный — до 1.9 В.
• Красный – от 1.6 до 2.03 В.
• Оранжевый – от 2.03 до 2.1 В.
• Желтый – от 2.1 до 2.2 В.
• Зеленый – от 2.2 до 3.5 В.
• Синий – от 2.5 до 3.7 В.
• Фиолетовый – 2.8 до 4 В.
• Ультрафиолетовый – от 3.1 до 4.4 В.
• Белый – от 3 до 3.7 В.

Рисунок 1 – схема подключения светодиода

Ток в схеме можно сравнить с движением жидкости по трубе. Если есть только один путь протекания, то сила тока (скорость течения) во всей цепи будет одинакова. Именно так происходит в схеме на рисунке 1. Согласно закону Кирхгоффа, сумма падений напряжения на всех элементах, включенных в цепь протекания одного тока, равно ЭДС этой цепи (на рисунке 1 обозначено буквой Е). Отсюда можно сделать вывод, что напряжение, падающее на токоограничивающем резисторе должно быть равным разности напряжения питания и падения его на светодиоде.

Так как ток в цепи должен быть одинаковым, то и через резистор, и через светодиод ток получается одним и тем же. Для стабильной работы полупроводникового элемента, увеличения его показателей надежности и долговечности, ток через него должен быть определенных значений, указанных в его описании. Если описание найти невозможно, можно принять приблизительное значение тока в цепи 10 миллиампер. После определения этих данных уже можно вычислить номинал сопротивления резистора для светодиода. Он определяется по закону Ома. Сопротивление резистора равно отношению падения напряжения на нем к току в цепи. Или в символьной форме:

R = U (R)/ I,

где, U (R) — падение напряжения на резисторе

I – ток в цепи

Расчет U (R) на резисторе:

U (R) = E – U (Led )

где, U (Led) — падение напряжения на светодиодном элементе.

С помощью этих формул получится точное значение сопротивления резистора. Однако, промышленностью выпускаются только стандартные значения сопротивлений так называемые ряды номиналов. Поэтому после расчета придется сделать подбор существующего номинала сопротивления. Подобрать нужно чуть больший резистор, чем получилось в расчете, таким образом, получится защита от случайного превышения напряжения в сети. Если подобрать близкий по значению элемент сложно, можно попробовать соединить два резистора последовательно, или параллельно.

Подбор мощности резистора

Если подобрать сопротивление меньшей мощности, чем нужно в схеме, оно просто выйдет из строя. Расчет мощности резистора довольно прост, нужно падение напряжения на нём умножить на ток, протекающий в этой цепи. После чего нужно выбрать сопротивление с мощностью, не меньшей рассчитанной.

Практика

Рассмотрим несколько конкретный пример расчета.

Исходные данные: напряжение питания 12В, белый светодиод XPE (CREE) требуется включить на номинальный ток 350 мА согласно схеме, представленной на рисунке 1.

Находим в data sheet значение прямого падения напряжения при токе 350 мА (рисунок 4).

Рисунок 4

Типовое значение по таблице — 3,2 вольта. Максимальное значение может достигать 3,9 вольт. То есть в результате производственного процесса может получиться как светодиод с прямым напряжением 3,2 В так и 3,9 В (или любым другим промежуточным значением), но вероятность получения 3,2 вольт наиболее высока (если хотите – это «математическое ожидание» этой величины). По этой причине в расчет обычно берется типовое значение.

Используя формулу (3) и калькулятор получаем:

R=(12-3,2)/0,35»25,1 Ом.

Ближайшее значение из ряда Е24 – 24 Ом. Значение тока при этом сопротивлении получится 367 мА, что на 5% превышает требуемое значение. Если учесть еще и допуск на номинал резистора, который для ряда Е24 также 5%, то в худшем случае получается вообще 386 мА. Если такое отклонение не допустимо, то можно добавить в цепь последовательно еще один резистор номиналом 1 Ом. Все эти действия рекомендуется сопровождать реальными измерениями сопротивлений резисторов и получающихся токов, иначе ни о какой точности не может идти и речи. Резистор 24 Ом может иметь погрешность в сторону увеличения до 25,2 Ом, добавив 1 Ом, получим 26, 2 и «перекос» силы тока через светодиод в противоположную сторону.

Предположим, что нам не нужна высокая точность задания тока и резистор 24 Ом нас устраивает.

Определим мощность, которая будет рассеиваться на резисторе по формуле (4):

P=0,3672×24»3,2 Вт.

Номинальная мощность рассеяния резистора должна быть с запасом не менее 30%

, иначе он будет перегреваться. А если условия отвода тепла затруднены (например, в корпусе плохая конвекция), то запас должен быть еще больше.

В итоге выбираем резистор мощностью 5 Вт с номинальным сопротивлением 24 Ом.

Для того чтобы оценить эффективность получившегося светотехнического устройства необходимо рассчитать КПД схемы питания:

Таким образом, КПД подобной схемы питания составляет всего 27%. Такая низкая эффективность обусловлена слишком высоким питающим напряжением 12 вольт, а точнее разницей между U и ULED. Получается, что 8,8 вольт мы вынуждены «гасить» на резисторе за счет бесполезного рассеяния мощности в окружающее пространство. Для повышения КПД требуется либо снизить напряжения питания, либо найти светодиод с большим прямым напряжением. Как вариант можно включить несколько светодиодов последовательно, выполнив подбор таким образом, чтобы суммарное падение было ближе к напряжению питания, но ни в коем случае не превышало его.

Необходимое значение сопротивления для резистора можно и подобрать, если имеется в наличии магазин сопротивлений и амперметр. Включаем магазин и амперметр в цепь последовательно светодиоду (на место предполагаемого резистора), устанавливаем максимальное значение сопротивления и подключаем к источнику напряжения. Далее начинаем уменьшать значение сопротивления до тех пор, пока сила тока не достигнет нужного значения или светодиод нужной яркости (в зависимости от того, что будет являться критерием). Останется только считать значение сопротивления с магазина и выполнить подбор ближайшего номинала.

Что такое резистор и сопротивление светодиода?

Резистором называется компонент электрической цепи, который характеризуется пассивностью и в лучшем случае обладает сопротивлением электрическому току. Другими словами, для такого устройства в любое время должен действовать закон Ома.

Главная функция резистора – энергичное сопротивление электротоку. Именно это качество делает резисторы необходимыми при создании систем искусственного освещения, в том числе и с применением светодиодов.

В каких случаях возможно подключение светодиода с помощью резистора?

Подключать светодиод с помощью резистора можно при условии, что эффективность схемы не является первостепенной целью. Самый простой пример – применение светодиода для индикации подсветки выключателя в электроприборе. В таком случае мощность потребления едва достигает 0.1 Вт, а яркость не ставится во главу угла. А вот при использовании светодиода с энергопотреблением более 1 Вт нужно обязательно убедиться, что блок питания обеспечивает стабилизированное напряжение. Если же напряжение схемы не стабилизировано, то все скачки и помехи будут негативно сказываться на работе светодиода.

Не менее актуальна схема питания через резистор в лабораторных условиях, когда есть задача тестирования новой модели светодиода.

Разница в цветовом диапазоне

По данному параметру может быть:

• Одноцветным;
• Двухцветным;
• Многоцветным.

Для многоцветных зачастую характерна RGB-сборка. Это буквосочетание является комбинацией первых литер в названиях цветов: красный, зелёный, синий (в их англоязычном варианте). Данные цвета по одиночке или в определённых сочетаниях способны воспроизвести весь базовый спектр, что добавляет зрелищности при работе светодиода такой конструкции.

Цвет SMD диода значимо отражается на его цене, поскольку разные цветовые категории требуют разного объёма вложенных финансов. Например, за исключением белого в одноцветной группе наименее бюджетными будут экземпляры синего цвета. Дальнейшая градация совершенно бесхитростна: двухцветные дороже одноцветных, а многоцветные — самые дорогие.

Дополнительный момент: Для белых светодиодов (как холодного, так и тёплого волнового спектра) характерна меньшая величина светового потока. Если рассматривать действие потоков равного объёма, то можно сказать, что диод белого спектра обеспечит более высокое качество освещения.

Общая информация

Эта разновидность выпускается исключительно в квадратном корпусе толщиной 1,6 мм и размерами 5х5 мм. Указанная информация в виде маркировки наносится на сам корпус и дополнительно указывается в паспорте.

В отличие от всех других разновидностей светодиодов, модуль smd 5050 led включает в себя сразу 3 источника, которые могут быть:

• белыми — сверхъяркие мощные лампы, на которые нанесен тончайший слой люминофора;;
• цветными — в зависимости от типа модуля цвета могут отличаться. Также нанесен слой люминофора;
• цветными — RGB 5050 из красного, зеленого и голубого цветов.

Все световые приборы люминесцируют, то есть поглощают свет лампы и преобразуют его в свечение, подобное солнечному. Цветовая температура может варьироваться от 2800°К до 12000°К в зависимости от типа лампы. Для информации — цветовая температура Солнца составляет 5000°К.

Цветные источники SMD 5050 излучают только один цвет, почему их и именуют монохромными — это может быть теплый желтый, красный, зеленый или синий.

Монохромные источники

Конфигурация RGB SMD уже состоит из светодиодов сразу трех цветов — красного (R), зеленого (G) и синего (B), которые при одновременно включении выдают белый свет. При регулировании интенсивности каждого отдельного элемента можно получить любой цвет из видимого человеческим глазом спектра.

Как определить цвет по маркировке

На каждом приборе подобного типа отражается определенная информация, которая содержит данные о типе, цвете, цветовой температуре и длине волны.

В данном случае обозначение «хх» содержит информацию о цветовой температуре в Кельвинах (градусы см. на рисунке) и длину световой волны.

Назначение и конструкция

Светодиод (СД, СИД, LED) – полупроводниковый прибор, преобразующий электроэнергию в инфракрасное, видимое или ультрафиолетовое световое излучение. Применяется: в качестве индикаторов в электроприборах, источников света для внутреннего и наружного освещения, в подсветке ЖК-экранов, в пультах дистанционного управления. И это только основные области применения светодиодов. Изобретенный в 1961г. американским ученым изобретателем Ником Холоньяком, диод, излучающий свет, так его еще называют, плотно вошел в нашу жизнь. И куда бы не обратили наш взгляд, он обязательно наткнется на сияние этого удивительного прибора.

Также читайте – «Подключение лампы ДНаТ»

Конструктивно классический светодиод состоит из арматуры или подложки, включающей в себя две части (катод и анод) к одной, из которых (катоду), прикреплен полупроводниковый кристалл поверхностью n-типа. Противоположная поверхность р-типа соединена проводником с анодом. Вся конструкция заключена в эпоксидный корпус, образующий линзу.

Стечением времени разновидность СИД расширяется, существуют такие как: DIP, SMD, филаментные, СОВ. Все они имеют разное назначение, но схожи по механизму работы. Все большее распространение набирают LED, с принципом действия схожим с работой лампой дневного света. А именно, кристалл СД производит излучение синего или ультрафиолетового спектра, которое попадая на специальное покрытие – люминофор, вызывают его свечение.

Подключение светодиодов

Между подключением корпусного диода и подключением светодиода SMD 5050 нет никакой разницы в процессе. Применяется самая обычная связка «ограничитель тока – светодиод». Эта схема подключения универсальна и используется для всех многокристальных схем. Исключением является LED 5050 SMD, имеющий три кристалла на матрице.

Трехкристальная матрица в данной серии имеет по три анода и катода, и подключаются они как самостоятельные элементы. Что касается RGB-моделей SMD 5050, то их подключают по datasheet, так как они имеют разные параметры.

При подключении следует помнить следующее:

1. Абсолютно любую модель нельзя подключать в сеть без резистора. Если применен только один резистор, то допустимо подключение одного вида светодиодов.
2. Нагрузочные характеристики диодов должны совпадать. Данные уточняются в справочниках.
3. Ни в коем случае нельзя применять резисторы, сопротивление которых меньше, чем номинальное. Это значительно сократит срок службы диода.

Размер

Любой размер диода приводится в миллиметрах с точностью до 0,1 мм. При изготовлении размер может несущественно поменяться.

Для производства диодов применяется линза из прозрачного стекла, и корпус изготавливают из пластика, устойчивого к высокой температуре.

В итоге можно отметить, что когда появились более яркие и мощные светодиоды, они не смогли вытеснить SMD 5050 с рынка. В последнее время SMD 5050 используют для производства светодиодных лент. Благодаря проверенной технологии, прекрасным характеристикам и безупречному качеству данные светодиоды используются во всех видах осветительных приборов. После рассказанного выше можно с легкостью сказать, какие светодиоды самые лучшие.

Во многих современных осветительных приборах в качестве источников света применяются светодиоды (LED) поверхностного монтажа – SMD LED. Промышленность выпускает SMD светодиоды разных типоразмеров, мощности и цвета. Одними из самых распространенных для поверхностного монтажа являются светодиоды SMD 5050, технические характеристики и особенности применения которых, будут рассмотрены в этом материале.

Основные параметры

Отличие характеристик кристаллов для дешевых ЛЕД

Так же при расчёте светодиодов следует учитывать разброс параметров, для дешевых они будут максимальны, для дорогих они будут более одинаковыми. Чтобы проверить этот параметр, необходимо включить их в равных условиях, то есть последовательно. Уменьшая тока или напряжение снизить яркость до слегка светящихся точек. Визуально вы сможете оценить, некоторые будут светится ярче, другие тускло. Чем равномернее они горят, тем меньше разброс. Калькулятор расчёта резистора для светодиода подразумевает, что характеристики светодиодных чипов идеальные, то есть отличие равно нулю.

Напряжение падения для распространенных моделей маломощных до 10W может быть от 2В до 12В. С ростом мощности увеличивается количество кристаллов в COB диоде, на каждом есть падение. Кристаллы включаются цепочками последовательно, затем они объединяются в параллельные цепи. На мощностях от 10W до 100W снижение растёт с 12В до 36В.

Этот параметр должен быть указан в технических характеристиках LED чипа и зависит от назначения:

• цвета синий, красный, зелёный, желтый;
• трёхцветный RGB;
• четырёхцветный RGBW;
• двухцветный, теплый и холодный белый.

Маркировка

Корпус элементов поверхностного монтажа весьма мал и наносить на него маркировку в её стандартном виде довольно затруднительно. Поэтому существуют специальные краткие коды всего на два-три символа. Запомнить все возможные значения и сочетания достаточно трудно, в большинстве случаев придётся пользоваться специальным справочником. Обычно в таких информационных ресурсах приводится не только описание требуемой модели, но и имеются указания на подходящие аналоги.

Рисунок № 4 Таблица маркировки некоторых SMD диодов

Минус данной системы в том, что существует ряд не уникальных кодов. То есть одно и то же сочетание символов используется для обозначения совершенно различных компонентов. Определиться с ситуацией обычно помогает информация о типе корпуса.

«Фирменная» кодировка

Стремясь преодолеть путаницу, которую создаёт маркировка SMD диодов
, авторитетные изготовители прибегают к использованию собственных опознавательных знаков, так например компания Philips ставит рядом с основной маркировкой строчную литеру «p». Существует ещё целый ряд подобных модификаций от различных компаний.

Если SMD диод находится в совершенно крошечных размером, то снабжают цветным кодом из одного символа. Соответственно цветовое решение при этом несёт в себе значимый пласт информации.

Светодиодное освещение в настоящее время наиболее актуально и экономично. Светодиоды используются как для внутренних помещений, так и для наружного освещения. Интересные варианты можно увидеть на странице , например

• архитектурное освещение

  
  

• освещение зданий

  
  

• фасадная подсветка

  
  

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное.

В большинстве осветительных приборов последнего поколения в качестве источников используются светодиоды поверхностного монтажа — SMD LED. Они могут различаться по мощности, размерам, параметрам. Но среди всего ассортимента стоит выделить светодиоды 5050 SMD, технические параметры которых мы и будем изучать.

Конструктивные особенности

В самом обозначении заложены конструктивные показатели – SMD и 5730, первая аббревиатура в переводе с английского обозначает, что прибор предназначен для поверхностного монтажа. 57 и 30 – это габаритные размеры в миллиметрах. Для излучения света используются кристаллы различных материалов:

• индий (In);
• галлий (Ga);
• нитроген (N).

От этого зависит спектр излучаемого света: желтый, белый или с голубоватым тоном. Корпус представляет собой линзу из термостойкого пластика, закрепленную на подложке эпоксидной смолой.

Конструкция корпуса SMD 5730 считается аналогом предыдущей модели 5630, но новые диоды имеют два варианта:

SMD 5730-05
– Потребляемая мощность ½ Вт, максимально допустимый ток 180 мА, при этом вся мощность почти без потерь расходуется на световой поток. В импульсном режиме амплитуда тока достигает 400 мА, создавая мощность светового потока 45 лм.

SMD 5730-1
– имеют лучшие показатели: максимальный рабочий ток 350 А, в импульсном режиме до 800 А при напряжении 3,2 В, обеспечивается световой поток 110 лм, потребляемая мощность 1,1 Вт. Встроенный в кристалле р-n-переход способен выдерживать температуру до 130 ̊С, интервал рабочей температуры от -40 до +65 ̊С. Если сравнивать с диодами SMD 5050, то SMD 5730 обеспечивает световой поток в 6 раз сильнее.

Есть уже более современные модели с кристаллом, обеспечивающим лучшие показатели – 158 люмен/Вт.

В нижней части корпуса расположена подложка из теплоотводящего материала, технология производства такова, что она припаивается с контактами + и – (катодом и анодом) одновременно. Со стороны катода для визуального определения полярностей делается на углу корпуса срез (ключ).

Подключение светодиода – принцип действия

Принцип действия светодиода основан на рекомбинации электронов и дырок, в процессе которой происходит выброс фотонов ввиду их перехода из одного энергетического уровня на другой. Проще говоря, при подключении р-n переход, построенный на комбинации определенных полупроводниковых материалов, начинает излучать свет

Стоит обратить внимание, что свечение происходит только при «прямом» прохождении электротока

Вас может заинтересовать – «Подключение лампы ДРЛ».

Сегодня отечественная и зарубежная промышленность производит огромное количество СИД с разнообразным спектром излучения. Это стало возможным с применением различных неорганических полупроводниковых материалов. Ниже приведена таблица, в которой показана зависимость излучаемого спектра от примененных материалов.