Характеристики светодиодов: основные параметры и отличительные особенности

Светодиодное освещение можно смело назвать самым эффективным. При минимальном потреблении мощности такие изделия способны сформировать достаточно большой световой поток. Зная основные характеристики светодиодов, можно подобрать оптимальный вариант с точки зрения освещенности помещения и эксплуатационных затрат. Предлагаем ознакомить с основными видами диодов, их отличительными особенностями и порядком монтажа.

Что такое светодиод: принцип, устройство

Светодиодом принято называть полупроводниковый прибор, который в процессе своей работы преобразует ток в световое излучение. Он состоит из полупроводникового кристалла, размещенного на подложке, корпуса и оптической системы. Характерное свечение появляется при рекомбинации в области p-n-перехода электронов и дырок. Для создания p-n-перехода в приконтактные слои вводят специальные легирующие элементы. С одной стороны акцепторные, с другой – донорские.

Виды светодиодов по назначению

С тем, какими бывают светодиоды, стоит разобраться подробнее. Подобные изделия принято делить на две большие группы: осветительные и индикаторные. Каждый вид имеет свои преимущества и возможную область использования. Предлагаем ознакомиться с каждой группой более детально, чтобы лучше разбираться в широком ассортименте светодиодных изделий.

Индикаторные светодиоды: отличительные особенности

Индикаторные устройства благодаря своим характеристикам широко используются при выполнении цветовой индикации. Их используют для подсветки приборных панелей, дисплеев, а также ряда других изделий. При сравнительно небольшой мощности (менее 0,2 Вт) индикаторные светодиоды демонстрирую умеренную яркость.

Их принято делить на:

• DIP-светодиоды, состоящие из светоизлучающего кристалла, размещенного в цилиндрическом или прямоугольном корпусе. Позволяют реализовать широкий спектр цветового излучения. Бывают одно- и многоцветными. Обладают низким углом рассеивания;

• Super Flux «Piranha». Сверхъяркие приборы с четырьмя выводами в прямоугольном корпусе. Подходит для крепления на плате. Выпускаются с различной температурой свечения в корпусах с линзой и без. Угол рассеивания зависит от модели и равен 40⁰-120⁰. Актуальны для транспорта и рекламных вывесок;

• Straw Hat. Демонстрируют большой угол рассеяния (100-140⁰) за счет близкого расположения кристалла к передней стенки линзы. Похожи на обычные цилиндрические модели. Отличаются большим радиусом линзы и меньшей высотой;

• SMD-светодиоды. Изделия со стандартным размером корпусов. Часто используются при изготовлении светодиодной ленты.

Осветительные светодиоды: отличительные особенности

Осветительные элементы входят в состав светодиодных ламп и лент, фар и других изделий, для которых важно обеспечить высокую интенсивность свечения. Обладают большой мощностью. Выпускаются в корпусах, допускающих поверхностный монтаж. Бывают только белого цвета (холодного или теплого). Выделяют:

• Осветительные SMD LED. Наиболее распространенный тип с углом рассеивания 100⁰-130⁰. В процессе производства излучающий кристалл покрывается слоем люминоформа и монтируется на алюминиевой или медной подложке, обеспечивающей достаточный теплоотвод;

• COB-светодиоды, состоящие из большого количества кристаллов. Обладают большим углом рассеивания;

• Filament LED. Часто используется как декоративная подсветка. Имеют меньший КПД, чем SMD.

Плюсы и минусы осветительных светодиодов

К основным преимуществам осветительных светодиодов следует отнести:

• энергосбережение, позволяющее сократить расходы на электричество;
• различное цветовое свечение;
• доступность выбора цветовой температуры;
• различный угол pacceивaния света, позволяющий подобрать подходящий вариант для любого помещения;
• небольшой кoэффициент пульcaции.

Из недостатков следует отметить старение, сравнительно невысокий срок службы и нагрев.

Основные характеристики светодиодов

При выборе светодиодной лампы следует обращать внимание на параметры светодиодов. От этого будет зависеть возможность использования изделия в конкретных условиях эксплуатации и обеспечения требуемого уровня освещенности помещения. Внимание стоит уделить мощности, напряжению, рабочему току, светоотдаче, температуре свечения, а также ряду других параметров.

Сила тока на кристалле

Основная масса светодиодов рассчитана на ток потребления 0,02 А. Однако производители предлагают изделия, состоящие из четырех кристаллов, помещенных в один корпус. Благодаря такому конструктивному исполнению изделия рассчитаны на 0,08 А, складывающихся из 0,02 А, потребляемых каждым кристаллом.

Величина тока светодиода оказывает влияние на стабильность работы прибора. При незначительном увеличении данного параметра снижается интенсивность излучения и увеличивается цветовая температура. Об этом свидетельствует характерный синий отлив и преждевременный выход из строя.

Внимание! При значительном скачке силы тока светодиод перегорает сразу.

Для ограничения величины сила тока LED-ламп и светильники комплектуются стабилизаторами тока. При их наличии обеспечивается преобразование тока для достижения требуемого значения. Для подключения отдельного светодиода используется токоограничительный резистор, сопротивление которого рассчитывается с учетом характеристик подключаемого изделия.

Совет! Для правильного подбора резистора стоит воспользоваться онлайн-калькулятором, помогающим выполнить расчет требуемого сопротивления.

Напряжение светодиодов

Для светодиодов напряжение питания неактуально. Важной характеристикой является величина падения напряжения на светодиоде, которая численно соответствует величине выходного напряжения изделия, после прохождения через него номинального тока. Характеристика указывается на упаковке. Зная данную величину, несложно рассчитать оставшееся на кристалле напряжение, которое учитывается при расчетах.

Производители предлагают светодиоды с различным напряжением, узнать которое можно по цвету свечения. Если кристалл белый, зеленый или синий – напряжение около 3 В. У красных и желтых изделий искомый параметр может находиться в диапазоне 1,8-2,4 В.

При параллельном подключении диодов следует тщательно контролировать характеристики каждого изделия. Даже незначительный скачок напряжения на 0,1 В станет причиной значительного увеличения величины силы тока. Как следствие, такой светодиод обязательно сгорит.

Сопротивление диодов

Для диодов характерно наличие сопротивления двух видов: дифференциального и постоянному току. На прямом участке ВАХ дифференциальное сопротивление небольшое и меньше сопротивления постоянному току. На обратном – дифференциальное сопротивление стремиться к бесконечности и превосходит сопротивление постоянному току.

Светоотдача, угол свечения: важные параметры

Традиционно, сравнивая световой поток от различных источников, учитывают характеристики создаваемого излучения. Светодиод диаметром 5 мм способен стать источником света в 1-5 Лм (характеристики сверхярких светодиодов выше), хотя лампа накаливания мощностью 100 Вт создаст световой поток в 1000 Лм. Производить сравнение подобным образом некорректно, так как свет от обычной лампы будет рассеянным, а от диода – направленным. Чтобы сопоставить характеристики названных источников света, следует обратить внимание на угол рассеивания диодов.

У светодиодов угол рассеивания может колебаться в пределах 20-120 градусов. Благодаря конструктивному исполнению светодиоды формируют более яркий свет в центре, снижая степень освещенности к краям угла рассеивания. Благодаря этому удается обеспечить желаемый уровень освещенности помещения при меньшем значении потребляемой мощности. Для увеличения площади освещенности светильники комплектуются рассеивающими линзами.

Мощность светодиодных ламп: сравниваем с лампой накаливания

Решив заменить устаревшие лампы накаливания на светодиодные, не все четко представляют, изделия какой мощности стоит приобрести. Специалисты рекомендуют пользоваться поправочным коэффициентом К=8. Так, если для освещения комнаты использовалась лампа мощностью 100 Вт, добиться такого же уровня освещения можно путем установки светодиодного аналога мощностью минимум 100Вт/8=12,5 Вт. Чтобы узнать, какой лампе накаливания соответствует конкретный светодиод, можно воспользоваться следующей таблице:

Мощность светодиодных ламп, Вт
Светодиодной	Накаливания
3	25
5	40
7,5-8	60
10	75
12-12,5	100

При выборе и сравнении различных источников света следует обращать внимание на такую характеристику как эффективность. Ее численное значение определяют путем деления светового потока (Лм) на мощность (Вт). Так, для ламп накаливания данный показатель в среднем находится в диапазоне 10-12 Лм/Вт, а для светодиодных может достигать 130-140 Лм/Вт.

Цветовая температура – критерий, определяющий комфортность восприятия светового потока

Температуру свечения относят к категории важных характеристик. Ее единицей измерения являются градусы Кельвина (К). Деление производится в зависимости от температуры свечения.

Внимание! Комфортность восприятия конкретного источника света главным образом зависит от его цветовой температуры.

В маркировке светодиодных ламп обязательно присутствует значение цветовой температуры. Ей соответствует четырехзначное число, за которым следует буква К. При выборе LED-лампы следует ориентироваться на будущую область использования. Предлагаем ознакомиться с возможной областью использования светодиодной лампы в зависимости от ее цветовой температуры и цвета свечения:

Цветовая температура, К	Цвет свечения	Рекомендуемая область использования
2700-3500	Белый Теплый	Бытовые и офисные помещения. Изделия, способные заменить лампу накаливания.
3500-5300	Нейтральный (дневной)	Рабочие места в производственных помещениях.
более  5300	Холодный	В качестве уличного источника света и при изготовлении ручных фонарей.
1800	Красный	Декоративная и фито-подсветка.
7500	Синий	Фито-подсветка, интерьерная подсветка.
3300	Желтый	Интерьерная подсветка.

Цветовая температура светодиодов может быть выражена через волновую природу света. Нередко в маркировке светодиодных изделий цветовую температуру выражают через различную длину волн. Ее обозначают с помощью λ и выражают в нанометрах (нм).

Размер чипа: условное обозначение в маркировке

В маркировке светодиодного элемента зашифрован размер в виде четырехзначного числа, указываемого на плате. К числу самых популярных геометрических параметров прошлого следует отнести изделия 5050 и 3528. Им на смену пришли более яркие конкуренты 5630 и 5730.

В данном условном обозначении две первые цифры соответствуют длине чипа, а последующие – его ширине, выраженной в миллиметрах. Так, у 5730 длина чипа будет равна 57 мм, а его ширина – 30 мм. Различие в соотношении сторон обусловлено разным количеством кристаллов, входящих в состав светодиода. В диоде 3528 предусмотрен один, в 5050 – три. Такая характеристика светодиодов для фонариков определяет их конструктивные особенности.

Размер кристалла – важный параметр

Размер кристалла оказывает непосредственное влияние на величину силы тока, который может через него проходить. Квадратные модели комплектуются обычными кристаллами на 1 или 2 W, имеющими стандартный размер 30mil или 45mil соответственно. В состав более мощных аналогов входят кристаллы на 10, 20, 30, 50 или 100W с геометрическими параметрами 24 mil на 24mil, 24 mil на 44mil либо 44 mil на 44mil. Маломощные модели могут формироваться из кристаллов различного размера. В их состав может входить 2-3 элемента, подключенных не только последовательно, но и параллельно.

SMD-светодиоды: типоразмеры и основные характеристики

Производители предлагают SMD-светодиоды различного типоразмера. Исходя из геометрических параметров, изделия принято делить на различные группы, в зависимости от цветовой температуры, яркости и мощности. Маркировка светодиодов включает их геометрические размеры: длину и ширину, выраженные в миллиметрах. Предлагаем познакомиться с наиболее популярными типоразмерами, чтобы лучше ориентироваться в предлагаемом производителями ассортименте.

Основные параметры LED SMD 2835

Изучая технические характеристики SMD 2835, стоит обратить внимание на увеличенную площадь излучения. Модель, в отличие от SMD 3528 с круглой рабочей поверхностью, изготавливается прямоугольной формы. Такое конструктивное решение, несмотря на меньшую высоту (0,8 мм) элемента, обеспечивает большую светоотдачу. Он формирует световой поток, соответствующий 50 Лм.

Благодаря тому, что для изготовления корпуса используется термостойкий полимер, изделие способно выдержать воздействие достаточно высокой температуры (до 240°С). После 3000 часов функционирования изделие демонстрирует деградацию излучения не более 5%. Он обладает низким тепловым сопротивлением перехода кристалл-подложка(4 С/Вт). Максимальная величина рабочего тока 0,18 А при температуре кристалла 130°С.

Цвет свечения может быть различным:

• Теплым белым с температурой 4000 К;
• Дневным белым эквивалентным 4800 К;
• Чистым белым, находящимся в диапазоне 5000-5800 К
• Холодным белым, соответствующим 6500-7500 К.

Цвет свечения оказывает непосредственное влияние на величину светового потока. Данный параметр SMD LED 2835 будет наибольшим у изделий с холодным белым свечением и минимальным – с теплым белым. Увеличенные контактные площадки модели способствуют более интенсивному отводу тепла.

Внимание! Характеристики светодиода 2835 делают возможным его использование при выполнении монтажных работ любого типа.

SMD 5050: характеристики светодиода

SMD 5050 предполагает размещение в одном корпусе размером 50 на 50 мм трех однотипных светодиодов. Технические характеристики используемых LED-источников красного, синего и зеленого цвета аналогичны кристаллам, устанавливаемым в SMD 3528. Каждый из трех светодиодов имеет рабочий ток 0,02 А при суммарном значении 0,06 А. Указанное значение является предельным. Превышение значения может стать причиной выхода прибора из строя.

Приборы рассчитаны на прямое напряжение 3-3,3 В при светоотдаче (световом потоке) 18-21 Лм. Каждый кристалл имеет мощность 0,7 Вт, а суммарное значение равно 0,21 Вт. Прибор способен формировать свечение различного цвета от монотонного белого, зеленого, синего, желтого до многоцветного.

Конструктивное исполнение и характеристики светодиодов 5050 допускают отдельное управление каждым цветом благодаря близкому расположению элементов. Входящие в состав светильников контроллеры позволяют плавно регулировать цвет свечения путем плавного перехода от одного к другому через заданный промежуток времени. Нередко предусматриваются несколько режимов управления с возможностью регулирования яркости свечения.

Основные характеристики светодиодов SMD 5730

Современные изделия с геометрическими параметрами 5,7×3 мм. Благодаря своим стабильным характеристикам светодиоды SMD 5730 относятся к категории сверхъярких изделий. Для их изготовления используются новые материалы, благодаря чему они имеют повышенную мощность и высокоэффективный световой поток. SMD 5730 допускают эксплуатацию работать в условиях повышенной влажности. Они не боятся вибрации и температурных колебаний. Отличаются продолжительным сроком службы. Имеют угол рассеивания 120 градусов. После 3000 часов работы степень не превышает 1%.

Производители предлагают приборы двух видов: с мощностью 0,5 и 1 Вт. Первые маркируются SMD 5730-0,5, вторые – SMD 5730-1. Прибор может функционировать на импульсном токе. Для SMD 5730-0,5 номинальный ток равен 0,15 А, а при переходе на импульсный режим работы может достигать 0,18 А. Способен сформировать световой поток до 45 Лм.

Для SMD 5730-1 номинальный ток равен 0,35А, импульсный может достигать 0,8А при эффективности светоотдачи 110 Лм. Благодаря использованию в процессе производства термостойкого полимер, корпус прибора не боится воздействия достаточно высоких температур (до 250°С).

Cree: актуальные характеристики

Продукция американского производителя представлена в широком ассортименте. Серия Xlamp включает однокристальные и многокристальные изделия. Для первых характерно распределение излучения по краям прибора. Такое инновационное решение позволило наладить выпуск светильников с большим углом свечения при минимальном количестве кристаллов.

Серия XQ-E High Intensity является новейшей разработкой компании. Изделия обладают углом свечения 100-145 градусов. При сравнительно небольших геометрических параметрах 1,6 на 1,6 мм такие светодиоды имеют мощность 3 В при световом потоке 330 Лм. Характеристики светодиодов Cree на базе одного кристалла позволяют обеспечить качественную цветопередачу CRE 70-90.

Многокристальные LED-приборы имеют новейший тип питания 6-72 В. Их принято делить три группы в зависимости от мощности. Изделия до 4 Вт имеют 6 кристаллов и выпускаются в корпусах типа MX и ML. Характеристики светодиода XHP35 соответствуют мощность 13 Вт. Имеют угол рассеивания 120 градусов. Могут быть теплого или холодного белого цвета.

Проверка светодиода с помощью мультиметра

Иногда возникает необходимость в проверке работоспособности светодиода. Сделать это можно с помощью мультиметра. Тестирование выполняется в следующей последовательности:

Фото	Описание работ
	Готовим необходимое оборудование. Подойдет обычная китайская модель мультиметра.
	Выставляем режим сопротивления, соответствующие 200 Ом.
	Прикасаемся контактами к проверяемому элементу. Если светодиод является рабочим, то он начнет светиться.

Внимание! Если контакты перепутать местами, характерного свечения наблюдаться не будет.

Маркировка светодиодов по цвету

Чтобы приобрести светодиод нужного цвета, предлагаем ознакомиться с условным обозначением цветности, входящей в состав маркировки. У CREE оно располагается после обозначения серии светодиодов, и может быть:

• WHT, если свечение белого цвета;
• HEW, если высокоэффективного (high efficiency) белого;
• BWT для белого второго поколения;
• BLU, если свечение синего света;
• GRN для зеленого;
• ROY для королевского (яркого) синего;
• RED у красного.

Другие производители часто используют другое условное обозначение. Так KING BRIGHT позволяет подобрать модель с излучением не только определенного цвета, но и оттенка. Присутствующее в маркировке обозначение будет соответствовать:

• Красному (I, SR);
• Оранжевому (N, SE);
• Желтому (Y);
• Синему (PB);
• Зеленому (G, SG);
• Белому (PW, MW).

Совет! Ознакомиться с условными обозначениями конкретного производителя, чтобы сделать правильный выбор.

Расшифровка кода маркировки светодиодной ленты

Для изготовления светодиодной ленты используется диэлектрик, имеющий толщину 0,2 мм. На него наносятся токопроводящие дорожки, имеющие контактные площадки под чипы, предназначенные для монтажа SMD-компонентов. Лента включает отдельные модули, имеющие длину 2,5-10 см и рассчитанные на напряжение 12 либо 24 вольта. В состав модуля может входить 3-22 светодиода и несколько резисторов. Длина готовых изделий в среднем составляет 5 метров при ширине 8-40 см.

На бобину либо упаковку наносятся маркировку, в которой содержится вся актуальная информация о светодиодной ленте. Расшифровка маркировки можно увидеть на следующем рисунке:

Статья по теме:

В этом материале мы расскажем о том, как реализовывается схема подключения светодиодной ленты 220в к сети. Установить такую конструкцию можно самостоятельно. И мы Вам в этом поможем.

Что сделать из светодиодов своими руками

Светодиоды достаточно часто используют для изготовления нестандартных изделий. Нередко собранные своими силами модели многократно превосходят готовые аналоги. Предлагаем познакомиться с идеями, которые можно будет воплотить своими руками.

Стабилизатор тока для светодиодов

Стабилизатор напряжения можно изготовить в следующей последовательности:

Фото	Описание работ
	Готовим необходимые материалы, оборудование и инструмент. Потребуется паяльник, пассатижи и проволока.
	Предварительно отрезав лишнюю длину от используемых элементов, лудим ножки микросхемы.
	Припаиваем диод «-» к левой ноге микросхемы.
	Конденсатор 100/16 паяем «+» к правой ноге микросхемы и «-» к центральной ноге.
	Конденсатор 300/16 паяем «+» к левой ноге микросхемы и «-» к центральной ноге.
	Паяем входные контакты.

Изготавливаем ДХО из светодиодов

Дневные ходовые огни можно изготовить своими силами, если хочется повысить видимость авто в дневное время. Для этого используются 5-7 светодиодов по 1, либо 3 Вт на каждый блок и алюминиевую плату. Элементы фиксируют на основании при помощи теплопроводящего клея.

Сборка мигающих светодиодов

Сборку мигающего светодиода выполняют по различным схемам. В зависимости от преследуемых целей можно выбрать однотонные элементы или разных цветов. Чаще всего реализуется принцип «пары Дарлингтона», предполагающий поочередную зарядку и разрядку двух конденсаторов, с последовательной передачей энергии с одного диода на другой.

Светомузыка на светодиодах

Используя светодиоды можно собрать светомузыку, которая позволит добавить праздничности. На рисунке представлена подробная схема, которая позволит добиться желаемого результата. Микрофон, входящий в схему, является источником электрического сигнала, преобразующим звук. Стоит обратить внимание на сверхяркие светодиоды 3 вольта.

Индикатор напряжения на светодиодах

Сборку индикатора напряжения можно выполнить собственными силами, руководствуясь схемой, представленной на рисунке. Для этого потребуется ряд резисторов, транзисторы, светодиоды и источники питания. При правильно выполненной сборке при подаче напряжения будет загораться зеленая лампочка, при падении – красная.

Схемы подключения светодиодов

Приступая к подключению светодиодов, следует руководствоваться определенными правилами. Следует придерживаться схемы, так как ток движется в одном направлении.

Расчет сопротивления светодиода

Чтобы узнать, как рассчитать сопротивление для светодиода, достаточно вспомнить закон Ома, описывающий зависимости искомого параметра (R) от значения силы тока (I) и напряжения (U): R = U/I. Если надо подключить светодиод на 3 В, рассчитанный на силу тока 0,02 А к блоку питания на 5 В, придется убрать лишних 2 В путем включения в схему резистора с достаточным сопротивлением равным 100 Ом.

Иногда по результатам расчета может получиться, что сопротивление светодиода следует увеличить на нестандартную величину, приобретя резистор с ближайшим большим значением сопротивления, чем требуется. Световой поток, излучаемый прибором, слегка уменьшиться, хотя визуально этого заметно не будет.

Схема подключения светодиода к сети 220 В

Используемый источник питания определяет порядок выборы схемы подключения светодиода к сети 220В. Возможно использование:

• Драйвера с ограниченным током. Силу тока рассчитывается заранее. От резистора в этом случае можно отказаться. Количество подключаемых резисторов зависит от характеристик драйвера;
• Специального стабилизатора напряжения.

Параллельное и последовательное подключение

Светодиоды могут подключаться последовательно и параллельно. В первом случае требуемое напряжение будет равно сумме падений напряжений каждого элемента. При параллельном включении складываются значения силы тока. При использовании приборов с разными параметрами, рассчитываются характеристики для каждого из резисторов в отдельности.

Подключение светодиодов к 12 В

Подключение светодиода выполняют в следующей последовательности:

Фото	Описание работ
	Рассчитываем сопротивление резистора.
	К катоду диода припаиваем резистор с сопротивлением равным либо превышающим расчетное.
	Подключаем светодиод к источнику питания и проверяем его работоспособность.

Таким образом, несложно разобраться в характеристиках светодиодов 3 Вт и больше, а также самостоятельно выполнить их установку.

Видео: основные параметры светодиодов

 

Как вам статья?