Что такое SMD светодиоды: их характеристики и отличие от обычных
Четкая расшифровка этой аббревиатуры выглядит как Surface Mount Devices, что в буквальном переводе означает «монтируемый на поверхности». Чтобы было понятнее, можно вспомнить, что обычные световые диоды цилиндрической формы на ножках утапливаются ими в плату и припаиваются с другой стороны. В отличие от них SMD-компоненты фиксируются лапками с той же стороны, где находятся и сами. Такой монтаж дает возможность создания двусторонних печатных плат.
Такие светодиоды намного ярче и компактнее обычных и являются элементами нового поколения. Их габариты указываются в маркировке. Но не стоит путать размер SMD светодиода и кристалла (чипа) которых в составе компонента может быть множество. Разберем несколько таких световых диодов.
Вот они, LED SMD2835. Маленькие, но света от них достаточно
Параметры LED SMD2835: размеры и характеристики
Многие начинающие мастера путают маркировку SMD2835 с SMD3528. С одной стороны они должны быть одинаковы, ведь маркировка указывает, что эти светодиоды имеют размер 2.8х3.5 мм и 3.5 на 2.8 мм, что одно и то же. Однако это заблуждение. Технические характеристики светодиода SMD2835 намного выше, при этом он имеет толщину всего 0.7 мм против 2 мм у SMD3528. Рассмотрим данные SMD2835 с различной мощностью:
| Параметр | Китайский 2835 | 2835 0,2W | 2835 0,5W | 2835 1W |
|---|---|---|---|---|
| Сила светового потока, Лм | 8 | 20 | 50 | 100 |
| Потребляемая мощность, Вт | 0,09 | 0,2 | 0,5 | 1 |
| Температура, в градусах С | +60 | +80 | +80 | +110 |
| Ток потребления, мА | 25 | 60 | 150 | 300 |
| Напряжение, В | 3,2 |
Как можно понять, технические характеристики SMD2835 могут быть довольно разнообразны. Все зависит от количества и качества кристаллов.
Характеристики светодиода 5050: более габаритный SMD-компонент
Довольно удивительно, что при больших габаритах этот светодиод имеет меньшую силу светового потока, чем предыдущий вариант – всего 18-20 Лм. Причиной этому малое количество кристаллов – обычно их всего два. Наиболее распространенное применение такие элементы нашли в светодиодных лентах. Плотность из в полосе обычно составляет 60 шт/м, что в общей сложности дает около 900 Лм/м. Достоинство их в этом случае в том, что лента дает равномерный спокойный свет. При этом угол ее освещения максимальный и равен 120.
На таких элементах делается лампа «кукуруза»
Выпускаются такие элементы с белым свечением (холодного или теплого оттенка), одноцветными (красный, синий или зеленый), трехцветными (RGB), а так же четырехцветными (RGBW).
Характеристики светодиодов SMD5730
По сравнению с этим компонентом, предыдущие уже считаются устаревшими. Их уже можно назвать даже сверх яркими светодиодами. 3 вольта, которые питают и 5050, и 2835 выдают здесь до 50 Лм при 0.5 Вт. Технические характеристики SMD5730 на порядок выше, а значит их необходимо рассмотреть.
| Параметр | Показатель |
|---|---|
| Сила светового потока, Лм | 45-50 |
| Потребляемая мощность, Вт | 0,5 |
| Диапазон рабочих температур, в градусах С | От -40 до +80 |
| Номинальный ток, мА | 150 |
| Рабочее напряжение, В | 3,1-3,2 |
| Угол освещения | 120 градусов |
И все-таки это не самый яркий из SMD-компонентов светодиод. Сравнительно недавно на российском рынке появились элементы, которые в прямом смысле «заткнули за пояс» все остальные. О них сейчас и пойдет речь.
Элементы на ленте могут располагаться и в 2 ряда для яркости
Светодиоды «Cree»: характеристики и технические данные
На сегодняшний день аналогов продукции фирмы Cree не существует. Характеристики сверх ярких светодиодов их производства действительно поражают. Если предыдущие элементы могли похвастаться силой светового потока лишь в 50 Лм с одного кристалла, то, к примеру, характеристики светодиода XHP35 от «Cree» говорят о 1300-1500 Лм так же от одного чипа. Но и мощность их больше – она составляет 13 Вт.
Если обобщить характеристики различных модификаций и моделей светодиодов этой марки, то можно увидеть следующее:
| Модификация | XM-L | XR-E, XP-G, XP-E, XP-C | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Сила светового потока, Лм/вт | T5 (от 260 до 280) | T6 (от 280 до 300) | U2 (от 300 до 320) | Q2 (от 87,4 до 93,9) | Q3 (от 93,9 до 100) | Q4 (от 100 до 107) | Q5 (от 107 до 114) | R2 (от 114 до 122) |
Сила светового потока SMD LED «Cree» называется бином, который в обязательном порядке проставляется на упаковке. В последнее время появилось очень много подделок под эту марку, в основном китайского производства. При покупке их сложно отличить, а вот уже через месяц использования их свет тускнеет и они перестают отличаться от других. При довольно высокой стоимости такое приобретение станет довольно неприятным сюрпризом.
Нить накала постепенно уходит в историю
Предлагаем Вам небольшое видео на эту тему:
https://youtube.com/watch?v=v92LZZ0YyU8
Что такое световой поток
На самом деле для расчета освещенности проектантами ранее использовалась другая величина – кандела (свеча), также имеющая прямое соответствие потребляемым ваттам лампой накаливания. В технической литературе начала второй половины прошлого века можно встретить выражения «тысячесвечовая лампа» и т.п. Яркость в канделах означает мощность света в ваттах, излучаемых в определенном направлении. В качестве визуальной ассоциации – такую яркость обеспечивает обычная горящая парафиновая или стеариновая свечка. Отсюда и название. Такой подход обеспечивает визуальное представление яркости, как количество горящих свечей.
Яркость свечения в одну канделу
Для понятия светового потока существует определение – мощность энергии излучения, которая оценивается по световому ощущению. Или количество фотонов, испускаемых в единицу времени. Математически это выглядит так: если точечный источник силой в 1 канделу излучает поток в телесный угол, равный одному стерадиану, то он создает световой поток в 1 люмен (лм).
Графическое изображение стерадиана
Требует пояснение понятие стерадиана. Чтобы представить телесный угол в 1 ср, надо взять конус с вершиной в центре сферы радиуса R, который вырезает на поверхности сферы площадь, равную R2 . Угол раскрыва такого конуса составляет около 65 градусов.
Если точечный источник света в 1 канделу, излучающий одинаково во все стороны, поместить в сферу, радиусом 1 м, то на ее внутренней поверхности создастся освещенность, равная 1 люксу (лк). Эта величина используется для задания норм освещенности. Так, для различных помещений, согласно СНиП, должны выполняться условия:
- классные комнаты общеобразовательных школ – 500 лк;
- аудитории ВУЗов – 400 лк;
- спортзалы – 200 лк.
Нормы освещенности установлены и для других помещений.
Если световой поток в 1 лм падает на 1 кв.м. поверхности, то он создает освещенность в 1 лк. Отсюда связь между люменом и люксом: 1 лк = 1 лм/кв.м. Например, чтобы обеспечить достаточную освещенность в аудитории, площадью 100 кв.м., нужен световой поток в 40000 люмен. Также надо учесть, что освещенность убывает пропорционально квадрату расстояния от источника света, поэтому высота подвеса светильника имеет значение.
https://youtube.com/watch?v=v31y6YrHD-0
Основные характеристики светодиодов
Как и любой диод, LED имеет общие, «диодные» характеристики. Предельные параметры, превышение которых ведет к выходу прибора из строя:
- максимально допустимый прямой ток;
- максимально допустимое прямое напряжение;
- максимально допустимое обратное напряжение.
Остальные характеристики носят специфический «светодиодный» характер.
Цвет свечения
Цвет свечения – этот параметр характеризует СД оптического диапазона. У осветительных приборов в большинстве случаев белый с различной световой температурой. У индикаторных может быть любым из видимой цветовой гаммы.
Длина волны
Этот параметр в определенной степени дублирует предыдущий, но с двумя оговорками:
- у приборов ИК и УФ диапазонов видимого цвета нет, поэтому для них эта характеристика единственная, характеризующая спектр излучения;
- этот параметр больше применим для светодиодов с непосредственным излучением – элементы с люминофором излучают в широкой полосе, поэтому однозначно их свечение длиной волны не охарактеризовать (какая длина волны может быть у белого цвета?).
Поэтому длина излучаемой волны – достаточно информативная цифра.
Потребляемый ток
Потребляемый ток – это рабочий ток, при котором яркость излучения оптимальна. При его небольшом превышении не происходит скорого выхода прибора из строя – и в этом его отличие от максимально допустимого. Снижение его также нежелательно – интенсивность излучения упадет.
Мощность
Потребляемая мощность – здесь все просто. На постоянном токе – это просто произведение потребляемого тока на приложенное напряжение. Путаницу в это понятие вносят производители светотехники, указывая на упаковке крупными цифрами эквивалентную мощность – мощность лампы накаливания, световой поток которой равен потоку данного светильника.
Видимый телесный угол
Видимый телесный угол проще всего представить в виде конуса, исходящего из центра источника света. Данный параметр равен углу раскрыва этого конуса. Для индикаторных светодиодов он определяет, как срабатывание сигнализации будет видно со стороны. Для осветительных элементов от него зависит световой поток.
Максимальная сила света
Максимальная сила света в технических характеристиках прибора указывается в канделах. Но на практике удобнее оказалось оперировать понятием светового потока. Световой поток (в люменах) равен произведению силы света (в канделах) на видимый телесный угол. Два светодиода с равной силой света дают разное освещение при разном угле. Чем больше угол, тем больше световой поток. Так удобнее для расчета систем освещения.
Падение напряжения
Падение напряжения при прямом токе – это напряжение, которое падает на светодиоде в открытом состоянии. Зная его, можно рассчитать напряжение, потребное, например, для открывания последовательной цепочки светоизлучающих элементов.
Watch this video on YouTube
Цветовая маркировка световых диодов
С одной стороны, цветовая маркировка позволяет определить вид и характеристики светодиода, с другой – единых обозначений не существует. Каждый производитель использует свои значения. В России есть цветовая маркировка, но ее редко используют – список элементов из цифр и букв слишком большой, запомнить достаточно сложно, расшифровка неудобна для обычного покупателя.
Более простое буквенное обозначение принимают за общепринятое (неофициально). Используют в основном для светодиодных лент. Кроме общих характеристик указывают степень защиты элемента от проникновения мусора и влаги – IP и цифры от 0 до 6.
Чтобы выбрать хороший вариант для замены устаревших лампочек, необходимо выяснить, какие бывают светодиоды, и установить параметры подключаемой электрической сети: соответствие напряжения, силы тока, сопротивления.
Точное определение мощности
Вам понадобятся:
- Мультиметр
- Блок питания, в котором можно плавно повышать напряжение
- Резистор на 500 Ом
К лазерным светодиодам эта техника неприменима! Подключаете светодиод к резистору и блоку питания. Соблюдайте полярность! Ее тоже можно определить с помощью мультиметра. Плавно увеличивайте напряжение на блоке питания, сравнивая показатели на нем и на светодиоде. Удобнее будет использовать блок питания, который показывает рабочее напряжение, или использовать два вольтметра. Что будет происходить? одинаковое изначально напряжение будет постепенно изменяться на блоке и светодиоде
Важно, чтобы светодиод светился с нормальной яркостью
Цветовая маркировка.
Маркировка led в мире не стандартизирована. Изготовитель сам решает, что он будет обозначать на корпусе.
Светодиоды российского производства маркируются цветовым кодом. Он состоит из цветных кружочков или черточек. Примеры маркировки приведены ниже на рисунке.
Цветовая маркировка российских индикаторных светодиодов.
Рассмотрим маркировку известных мировых производителей.
Philips.
В качестве примера возьмем модель Luxeon Rebel. Она маркируется LXML-ABCD-EFGH. В этой аббревиатуре зашифровано следущее:
- LXML – серия;
- ABC – информация о свете: как распределяется, цветовая температура;
- D – величина тока;
- E – запасная буква на будущие модели;
- FGH – яркость (в люменах).
Cree.
Фирма предлагает обозначение SSSCCC-BD-0000-NNNNN, где:
- SSS – серия;
- CCC – описание цвета:
- BD – индекс цветопередачи:
- 0000 – код производителя;
- NNNNN – индивидуальный номер по цветовой температуре и яркости. Стоит уточнить в техническом описании.
Светодиоды типа SMD
Такие элементы имеют более широкое назначение, что связано с основными характеристиками. Принцип работы светодиодов данного типа позволяет организовывать освещение различных форматов. Полупроводниковые приборы с фиксированной печатной платой имеют компактные габариты, благодаря чему они могут использоваться даже в самых маленьких светильниках.
Базовая часть корпуса, на которую фиксируется кристалл, обладает высокой теплопроводностью, поэтому отвод тепла производится эффективно. Обычно между линзой и основным элементом укладывается слой люминофора, предоставляющий возможность нейтрализовать ультрафиолет, а также задать определенную цветовую температуру. В изделиях с рассеянным излучением линза не устанавливается. Сам элемент по форме напоминает параллелепипед.
Особенности лент SMD5730
Применяя высокоэффективные светодиоды 5730, характеристики и свойства которых заключаются в высокой теплопроводности и низком сопротивлении, обеспечивают длительный срок службы устройства. Они устойчивы к вибрации, повышенной влажности окружающей среды и перепадам температуры. Достаточно малы, имеют широкий угол свечения и прекрасно подходят для любых поверхностей при монтаже. Их можно приобрести в катушках и лентах.
Многим нравится использовать светодиоды 5730, характеристики которых подходят для применения в различных устройствах, что является очень удобным как для обыкновенных пользователей, так и для дизайнеров
Они являются незаменимыми для освещения торговых и офисных помещений, где важной считается не только высокая энергоэффективность, но и комфортная светопередача
Для тех, кто использует светодиоды, маркировка, характеристика и свойства имеют немаловажное значение. У них есть ряд превосходств над своими предшественниками, а именно:. — люминофорные белые светодиоды номинальной мощностью в 0,5 Вт отличаются значительным сроком эксплуатации, стабильными показателями и качественным исполнением; — высокая устойчивость к перепадам температуры, вибрациям и повышенной влажности окружающей среды; — деградация светового потока — не больше чем 1% за 3000 часов работы; — корпус изготовлен из качественного термостойкого полимера, который выдерживает до +250 °С; — светодиоды полностью пригодны для пайки оплавлением
— люминофорные белые светодиоды номинальной мощностью в 0,5 Вт отличаются значительным сроком эксплуатации, стабильными показателями и качественным исполнением; — высокая устойчивость к перепадам температуры, вибрациям и повышенной влажности окружающей среды; — деградация светового потока — не больше чем 1% за 3000 часов работы; — корпус изготовлен из качественного термостойкого полимера, который выдерживает до +250 °С; — светодиоды полностью пригодны для пайки оплавлением.
Интересные факты.
Светодиодная лента.
Получение белого цвета. Есть три варианта. Первый – по технологии RGB. Включение всех трех цветов на 100% дает белый цвет. Во втором случае на линзу наносят три люминофора: голубой, красный и зеленый. Третий вариант заключается в нанесении красного и зеленого люминофора на оптическую систему голубого светодиода.
Работа при повышенных температурах. С ростом температуры в области p-n-перехода уменьшается яркость свечения. Причем у красных и желтых падение яркости больше, чем у синих и зеленых. Поэтому нужно использовать хороший теплоотвод и не допускать эксплуатации led при повышенных температурах.
Как готовят полупроводники? В основном по технологии металлоорганической эпитаксии в атмосфере особо чистых газов. Выращиваются пленки толщиной от ангстремов до микрон. Разные слои легируются примесями, которые дадут слою высокую концентрацию электронов или дырок, то есть сформируют n или p структуру полупроводника. Зачем пленки травят, создают контакты к n и p слоям и делят на чипы нужных размеров.
Чем хороша СОВ-технология? Тем, что кристаллы монтируются на металлическую подложку, которая одновременно выполняет функции радиатора. Таким образом получают отличный теплоотвод непосредственно от полупроводникового кристалла. Дополнительно можно получить разную форму светодиода, разную гибкость и и.п.
Основные технические характеристики
Существует несколько параметров, характеризующих светодиоды.
- Яркость выражается в единицах силы света. Она пропорциональна величине проходящего через полупроводниковый элемент электрического тока. С увеличением напряжения повышается уровень яркости.
- Сила тока может быть пульсирующей или постоянной. Она может колебаться в широком диапазоне. Индикаторные приборы могут иметь силу тока всего 20 мА, а одноваттные аналоги – 300-400 мА.
- Длина волны оказывает влияние на цветовую гамму. Ее измерения производятся в нанометрах. Границы волны сопоставляются с базовыми компонентами палитры необходимым образом.
Цветовая гамма испускаемого излучения меняется при введении в полупроводниковый материал химически активных веществ.
Основные технические характеристики
Чтобы понять, подойдёт ли данный тип LED-ленты для решения поставленных задач, необходимо узнать её параметры. Для этого предлагаем рассмотреть основные технические характеристики светодиодной ленты SMD 5050.
Напряжение питания
Значительная часть светодиодных лент рассчитана на работу от сети постоянного тока напряжением 12 В, что обусловлено несколькими факторами:
- +12 В – это стандарт, применяемый для многих видов аккумуляторов, включая автомобильные;
- +12 В позволяет запитать группу из 3-х последовательно включенных светодиодов любого цвета с минимальными потерями на ограничивающем резисторе;
- +12 В является наиболее безопасным напряжением для человека.
Светодиодная лента SMD 5050 на 12 В – это оптимальный вариант для конструирования подсветки в домашних условиях, т.к. для её подключения можно воспользоваться не только готовым блоком питания, но и блоком питания от компьютера или аккумулятором от ИБП.
Также в продаже можно найти светодиодные ленты SMD 5050 на 24 В и 36 В, подключаемые к соответствующему БП постоянного тока, и с питанием от сети переменного тока 220 В, подключаемые через диодный выпрямитель. Модели с таким напряжением не пользуются большой популярностью по разным причинам, в т.ч. из-за большой кратности резки. Для адресной ленты SMD 5050 напряжение питания составляет 5 В.
Степень защиты от влаги и пыли
Важным параметром при выборе светодиодной ленты является степень защиты от внешнего воздействия твёрдых предметов и воды (IPXX). Пренебрегать этим параметром нельзя, т.к. он влияет на стоимость и на способность изделия противостоять негативному влиянию внешних факторов в процессе эксплуатации. Как правило, внешняя оболочка светодиодных лент SMD 5050 имеет следующий класс защиты:
- IP20 – от твёрдых предметов диаметром более 12,5 мм и никак не препятствует попаданию воды. Такое изделие не имеет никакого покрытия и может применяться только внутри сухих помещений (гостиные, спальни, офисы).
- IP33 – от твёрдых предметов диаметром более 2,5 мм и от капель воды. В данном случае покрытие выполнено из тонкого слоя лака. Кроме сухих помещений, лента может применяться для подсветки кухни, где существует вероятность попадания на неё водяных капель.
- IP54 – с частичной защитой от пыли и брызг воды в виде силиконового слоя только со стороны элементов. Как и в предыдущем варианте, такая лента предназначена для оформления интерьера кухонь и прочих помещений с временно повышенной влажностью.
- IP65 – с полной защитой от пыли и струй воды. В данном случае защитный слой – это силиконовое покрытие со всех сторон. Светодиодная лента с IP выше 65 вполне подходит для уличной подсветки и ванных комнат.
- IP67 – выдерживает кратковременное нахождение под водой. Визуально от изделий с IP65 отличается типом оболочки (ПВХ профиль и силикон сверху). Она прекрасно подходит для авто- и вело- тюнинга.
- IP68 – наивысшая степень пыле и влагозащиты. Такая LED-лента размещена внутри ПВХ-трубки и способна длительно без повреждений выдерживать воздействие воды под давлением. Сфера её применения – украшение бассейнов и фонтанов.
Плотность светодиодов
Этот параметр указывает на количество светодиодов в одном погонном метре ленты и может принимать значения: 30, 60, 120 и 240 шт./м. Чем выше плотность монтажа, тем больше световой поток и мощность потребления светодиодной ленты SMD 5050. Чтобы не допустить деградации светодиодов, ленту с плотностью 120 и 240 светодиодов на метр необходимо клеить на алюминиевый профиль.
Иногда вместо плотности (шт./м.) на бобине можно увидеть надпись «количество – 300 шт.» Это значит, что производитель указал общее количество светодиодов в ленте длиной 5 метров. Соответственно плотность такой ленты стандартная – 60 шт./м.
Световой поток
Для монохромных и RGB светодиодных лент SMD 5050 результирующая величина светового потока зависит от цвета свечения. Известно, что глаз человека лучше всего воспринимает зелёный свет. Поэтому RGB лента, включённая в режиме зелёного света, кажется наиболее яркой. Также не стоит забывать о том, что световой поток LED-ленты «Эконом» класса примерно на 30% ниже, чем у «Премиум» класса. Причём существенная разница в качестве может наблюдаться даже у одного производителя. Например:
- Foton SMD5050-30led/m-RGB-IP20-Econom – 180 lm;
- Foton SMD5050-30led/m-RGB-IP20-Premium – 270 lm.
На световой поток белой светодиодной ленты SMD5050 влияет цветовая температура (оттенок). Для чипа SMD 5050 нейтрального света (4500-5500°K) нормой считается световой поток 18 лм; тёплого света (3000-4000°K) – 16 лм; холодного света (6000-7500°K) – 20 лм. Умножая данные значения на плотность, получим суммарное количество люмен, испускаемых одним метром светодиодной ленты.
Взаимосвязь люменов и ватт
Потребители во всем мире за десятилетия доминирования ламп накаливания привыкли соотносить яркость освещения с потребляемой электрической мощностью. Для этих устаревших приборов это было резонно – развитие технологий в этом направлении давно зашло в тупик. Соотношение мощности и интенсивности освещения устоялось и вошло в привычку.
Для светодиодного освещения прямой взаимосвязи потребляемой мощности в ваттах и создаваемого светового потока в люменах не существует. Точнее, она есть, но только на текущий момент. Технологии не стоят на месте, совершенствуется производство кристаллов, разрабатываются новые люминофоры с повышенной светоотдачей. Соотношения настоящего времени завтра окажутся безнадежно устаревшими.
