Светодиод вах характеристики


Последовательное соединение светодиодов достоинства и недостатки

Ранее мы рассказывали о параллельном соединении светодиодов. Посмотрели на плюсы и минусы, достоинства и недостатки... Масло масляное))) Ну уж простите. Сегодняшний пост будет посвящен самому распространенному виду соединений - последовательное соединение светодиодов.

Как только нам приходится в электрических схемах задействовать не один, а несколько светодиодов, то обязательно возникает дилемма - как правильно соединить их. Какую схему выбрать?

Если Вы начали читать эту статью, то Вас также интересует данный вопрос... Сразу и еще аз оговорюсь, что последовательное соединение светодиодов самое эффективное. Но тут есть свои минусы - не всегда это реализуемо. Почему это так, нужно углубиться в физику ( не пугайтесь, не так это страшно ))

к оглавлению ↑

Вольтамперная характеристика любых светодиодов (ВАХ)

Что такое ВАХ сильно углубляться не будем. По простому - это зависимость тока от напряжения. Этой информации нам и будет достаточно. Вольт-амперная характеристика у любого светодиода, как и у любого диода имеет нелинейную характеристику.

Мы взяли обычный белый диод. При напряжении от 2,5-3В ток увеличивается с 2 до 15 мА. Это достаточно большое увеличение. Отсюда вытекает, что при больших изменения тока падение напряжения будет невелико.

Не смотря на то, что любой завод выпускает чипы с одной характеристикой в каждой партии, падение напряжение будет разным у каждого экземпляра. Не на много, но на десятые доли вольта это точно. Именно из-за этого источник питания светодиодов должен стабилизировать ток, а не напряжение. Такие источники питания принято называть светодиодными драйверами.

 

к оглавлению ↑

Последовательное соединение светодиодов

На схеме мы видим традиционное последовательное соединение светодиодов, подключенных к аккумулятору.

Данное соединение предполагает одинаково яркое свечение светодиодов. Но тут нам "мешает" резистор.

Рассмотрим не много другой пример. А именно, возьмем светодиодный драйвер и подключим его к трем последовательным светодиодам.

В результате того, что сила тока в замкнутой цепи одинакова, то и через каждый диод будет течь одинаковый ток I1=I2=I3. Соединение без резистора при помощи драйвера также обеспечивает одинаковую яркость, а разница падения напряжения на диодах не играет никакого значения. Отражается только на величине разности потенциалов между точкой 1 и 2.

к оглавлению ↑

Расчет драйвера для последовательного соединения светодиодов

Описанное выше последовательное соединение LEDs может вызвать большие вопросы по поводу выбора самого драйвера. Используя ниже приведенный алгоритм расчета Вы всегда самостоятельно сможете рассчитать драйвер, в зависимости от выбранного соединения.

Допустим нам необходимо запитать три светодиода, соединенных последовательно током 700 мА.

Падение напряжения (вымышленно) при таком токе составляет от 3,2 до 3,4 В.

Минимальное напряжение Umin=3*3.2=9.6 V

Максимальное напряжение Umax=3.4*3=10.2 V

Мощность потребляемая светодиодами составит: Р=10,2*0,7=7,14 Вт.

Итого: наш драйвер должен иметь:

Выходной ток 700 мА

Выходное напряжение 10,2В +- 5%

Выходная мощность не менее 7,2 Вт

Это все! Как видите. никаких проблем. Рассматривать расчет резистора при отсутствии драйвера не буду. Это пережитки прошлого. Любой производитель уже выпускает светодиодные драйверы на любой вкус и цвет. При этом стоимость их ничтожно мала. А эффективность от"коробочки" на много больше, чем от простого резистора.

к оглавлению ↑

Плюсы и минусы последовательного соединения светодиодов

Плюс один и большой - дешевизна в конструкции.

Минусов же при последовательном соединении как минимум два:

  1. Если выйдет из строя хотя бы один светодиод, естественно погаснет и вся цепочка. Тут, правда, можно еще один плюс найти... Если диод закоротит, то цепь не оборвется и остальные чипы продолжат свою работу.
  2. Если светодиодов много, то низковольтное питание реализовать архисложно. А это уже проблема. Особенно, если необходимо иметь безопасность в первую очередь.
к оглавлению ↑

Видео на тему последовательного соединения светодиодов

Для тех, кому лень читать много букавак, то предлагаем посмотреть простенькое видео на тему: "последовательное соединение светодиодов". Из него вы быстро почерпнете информацию как правильно подключать диоды при таком соединении.

leds-test.ru

Как узнать ток и напряжение светодиода

В связи с глобальным развитием технологий широкое применение в электронике получили светодиоды. Они обладают множеством особенностей, из которых можно выделить компактность и яркое свечение. Помимо номинального тока, который является их главным параметром, нужно знать рабочее напряжение светодиодов. Этот параметр часто используют для проведения расчетов. Если правильно подобрать параметры устройства, можно продлить срок его службы. Напряжение для светодиода является разницей потенциалов на p-n-переходе, что отмечается в паспортных данных прибора. Бывают случаи, когда нет информации о конкретном изделии, тогда возникает вопрос: «Как определить падение напряжения на светодиоде?».

Определение тока

Для осуществления этого есть несколько методов. Рассмотрим наиболее простой из них. Чтобы определить номинальный ток светодиода, потребуется наличие тестера, называемого мультиметром. Такой метод также применяется для обычных диодов.

Измерение силы тока светодиода

Тестирование проводится следующим образом:

  • Щупы мультиметра подключаются плюсовым выводом к аноду, а минусовым к катоду.
  • Анодный вывод у светодиода делается длиннее, чем катодный.
  • Прозванивать можно светодиоды, у которых небольшое напряжение питания. Если у них большая мощность, применять такой метод нельзя.

Лучше воспользоваться проверенным способом измерения характеристик устройства. Для этого понадобятся:

  • блок питания, рассчитанный на 12 В;
  • мультиамперметр;
  • постоянные резисторы – 2,2 и 1 кОм, а также 560 Ом;
  • переменный резистор – 470–680 Ом;
  • вольтметр, желательно цифровой;
  • провода для коммутации схемы.

Как и в предыдущем случае, потребуется узнать полярность диода. Если по его выводам непонятно, где «+» и «-», тогда придется к одному из выводов подсоединить резистор 2,2 кОм. После этого нужно подключить светодиод к блоку питания. При его свечении нужно отключить питание и промаркировать нужный выход «+».

Теперь нужно заменить резистор 2,2 кОм на 560 Ом. В эту цепь последовательно подсоединяется переменный резистор, а также миллиамперметр для проведения замера. Вольтметр, у которого разрешение 0,1 В, подключается параллельно светодиоду. После этого необходимо установить максимальное сопротивление у переменного резистора.

Мультиметр для замера силы тока и напряжения светодиода

Можно подсоединить собранную схему к блоку питания, соблюдая полярность. После включения у светодиода будет блеклое свечение. Сопротивление постепенно снижают и следят за вольтметром. Определенное время напряжение будет расти до 0,5 В, расти будет и ток, что влияет на увеличение яркости светодиода. Необходимо фиксировать показания каждые 0,1 В. Оптимальный рабочий ток будет достигнут, когда величина напряжения станет расти медленнее силы тока, а яркость перестанет увеличиваться.

Как узнать падение напряжения?

Для того чтобы определить, на сколько вольт светодиод, можно воспользоваться теоретическим и практическим методами. Они оба хороши и применяются в зависимости от ситуации и сложности испытуемого прибора.

Теоретический метод

Для анализа характеристик светодиода таким способом большую подсказку дают габариты прибора, цвет и форма его корпуса. Примеси различных химических элементов вызывают свечение кристаллов от красного до желтого цвета. Конечно, если видна расцветка корпуса, тогда можно определить некоторые параметры светодиода по внешнему виду. Но при его прозрачности придется воспользоваться мультиметром. Выставляем тестер на «обрыв» и щупами прикасаемся к выводам светодиода. Ток, проходящий через светодиод, вызывает слабое свечение кристалла.

Типы и виды светодиодов

В состав этих изделий входят различные полупроводниковые металлы. Этот фактор и влияет на падение напряжения на p-n-переходе. Чтобы обозначить такие характеристики, независимо от марок и производителей светодиода, их окрашивают в различные цвета. Но стоит знать, что конкретно утверждать, на сколько вольт светодиод, опираясь только на его окраску, будет неверно. Цвета этих приборов дают приблизительные значения для проведения измерений. Примерные параметры по цветовому признаку приведены в таблице.

Цвет прибора Напряжение, В
Красный 1,63–2,03
Желтый 2,1–2,18
Зеленый 1,9–4,0
Синий 2,48–3,7
Оранжевый 2,03–2,1
Инфракрасный до 1,9
Фиолетовый 2,76–4
Белый 3,5
Ультрафиолетовый 3,1–4,4

Примерные характеристики светодиода можно определить по цвету его корпуса и размерам

На прямое напряжение светодиода не воздействуют габариты или вариации корпуса, однако может проглядываться количество кристаллов, которые излучают свет и соединяются последовательно. Бывают виды элементов SMD, где люминофор прячет цепочку кристаллов.

В корпусе SMD-светодиода последовательно соединяются три кристалла белого цвета. Наиболее часто они применяются в лампах на 220 В китайского производства. Из-за того, что такие светодиоды начинают реагировать только от 9,6 вольт, протестировать их мультиметром не удастся, так как его батарейка питания рассчитана на 9,5 В.

Теоретически можно воспользоваться интернетом, скачав специальную программу datasheet, в поисковике которой вписать известные параметры светодиода, его цвет. Это позволит найти приблизительные характеристики, где падение напряжения и значения тока могут быть неточными.

Практический метод

Проведение тестирования практическим способом позволяет получить наиболее точные значения силы тока и падения напряжения. Рассчитанная таким образом характеристика прибора позволяет безопасно и долговременно использовать его по назначению. Для получения неизвестных параметров потребуется вольтметр, мультиметр, блок питания, рассчитанный на 12 В, резистор от 510 Ом.

Принцип измерений аналогичен описанному выше для тестирования светодиода на номинальный ток. Необходимо собрать схему с резистором и вольтметром, после чего увеличивать постепенно напряжение до начала свечения кристалла. При достижении яркости высшей точки показания замедляют рост. Можно снимать с экрана номинальное напряжение светодиода.

При 1,9 вольт может отсутствовать свечение. В этом случае часто проверяется инфракрасный диод. Чтобы это уточнить, необходимо перевести излучатель в телефонную камеру. Если будет видно на экране белое пятно, то это и есть инфракрасный диод.

Схема проверки падения напряжения на светодиоде

Если нет возможности применить блок питания на постоянные 12 В, можно использовать батарейку «Крона», рассчитанную на 9 вольт. При отсутствии вышеперечисленных источников питания отлично подойдет стабилизатор сетевого напряжения, который может выдавать необходимое выпрямленное напряжение, только потребуется заново рассчитать номинал сопротивления резистора, задействованного в схеме. В этом случае также нужно повышать напряжение до засвечивания светодиода. Напряжение, при котором произойдет свечение, и будет номинальным, на которое он рассчитан.

При неизвестных характеристиках светодиода обязательно необходимо рассчитывать его значения номинального тока и падения напряжения, чтобы предотвратить быстрый выход из строя.

lampagid.ru

/ Конспект лекций по ЭП / Тема 1.4 / Тема 1.4

1.4 Оптические явления в полупроводнике. Фотоэффект в n-p-переходе. Излучающие n-p-переходы

1.4.1 Фотоэффект в n-p-переходе

Работа различных полупроводниковых приемников излучения (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры) основана на использовании внутреннего фотоэффекта, который состоит в том, что под действием излучения в полупроводниках происходит генерация пар носителей заряда – электронов и дырок. Эти дополнительные носители увеличивают электрическую проводимость. Такая добавочная проводимость, обусловленная действием фотонов, получила название фотопроводимости. У металлов явление фотопроводимости практически отсутствует, так как у них концентрация электронов проводимости огромна (примерно 1022 см–3) и не может заметно увеличиться под действием излучения. В некоторых приборах за счет фотогенерации электронов и дырок возникает ЭДС, которую принято называть фото-ЭДС, и тогда эти приборы работают как источники тока. А в результате рекомбинации электронов и дырок в полупроводниках образуются фотоны, и при некоторых условиях полупроводниковые приборы могут работать в качестве источников излучения.

При внутреннем фотоэффекте световой поток управляет обратным током n-p перехода. Под воздействием света на электронно-дырочный переход и прилегающие к нему области происходит генерация пар носителей заряда, проводимость n-p перехода возрастает и обратный ток увеличивается. Вольтамперные характеристики I = f(U) при Ф = const показаны на рисунке 1.20. Если светового потока Ф нет, то через n-p переход протекает обычный начальный обратный ток I0, который называют темновым. А под действием светового потока ток возрастает, и характеристика располагается выше. Чем больше световой поток, тем больше ток. Повышение обратного напряжения на n-p переходе незначительно увеличивает ток. Но при некотором напряжении возникает электрический пробой (штриховые участки характеристик). Энергетические характеристики электронно-дырочного перехода I = f(Ф) при U = const линейны и мало зависят от напряжения (рисунок 1.21).

Рисунок 1.20 – Вольтамперные характеристики n-p перехода для фотодиодного режима

Интегральная чувствительность фотодиода обычно составляет десятки миллиампер на люмен. Она зависит от длины волны световых лучей и имеет максимум при некоторой длине волны, различной для разных полупроводников.

Рисунок 1.21 – Энергетические характеристики n-p перехода

Фотодиоды представляют собой полупроводниковые диоды, в которых используется внутренний фотоэффект. Схема включения фотодиода представлена на рисунке 1.22. Интегральная чувствительность фотодиода обычно составляет десятки миллиампер на люмен. Она зависит от длины волны световых лучей и имеет максимум при некоторой длине волны, различной для разных полупроводников. Инерционность фотодиодов невелика. Они могут работать на частотах до нескольких сотен мегагерц. А у фотодиодов со структурой p – i – n граничные частоты повышаются до десятков гигагерц. Рабочее напряжение у фотодиодов обычно 10 – 30 В. Темновой ток не превышает 20 мкА для германиевых приборов и 2 мкА – для кремниевых. Ток при освещении составляет сотни микроампер. В последнее время разработаны фотодиоды на сложных полупроводниках, наиболее чувствительные к инфракрасному излучению. Большинство фотодиодов изготовляется по планарной технологии.

Рисунок 1.22 – Схема включения фотодиода для работы в фотодиодном режиме

Имеется несколько разновидностей фотодиодов. У лавинных фотодиодов происходит лавинное размножение носителей в п – р-переходе и за счет этого в десятки раз возрастает чувствительность. В фотодиодах с барьером имеется контакт полупроводника с барьером Шотки имеется контакт полупроводника с металлом. Это диоды с повышенным быстродействием. Улучшенными свойствами обладают фотодиоды с гетепереходами. Все фотодиоды могут работать и как генераторы ЭДС.

1.4.2 Излучающие n-p-переходы

Принцип работы излучающих n-p переходов за­ключается в следующем. При прямом напряжении в электронно-дырочном переходе происходит инжекция носителей заряда из эмиттерной области в область базы. Например, если концентрация электронов в n-области больше, чем концентрация дырок в р-области, т. е. пп > > рр, то происходит инжекция электронов из n-области в р-область. Инжектированные электроны рекомбинируют с основными носителями базовой области, в данном случае с дырками р-области. Рекомбинирующие электроны переходят с более высоких энергетических уровней зоны проводимости, близких к ее нижней границе, на более низкие уровни, расположенные вблизи верхней границы валентной зоны (рисунок 1.23). При этом выделяется фотон, энергия которого почти равна ширине запрещенной зоны ∆W, т.е.

(1.31)

Из этого соотношения следует, что для излучения видимого света с длиной волны от 0,38 до 0,78 мкм полупроводник должен иметь ∆W > 1,7 эВ. Германий и кремний непригодны для изготовления излучающих n-p переходов, так как у них ширина запрещенной зоны слишком мала. Поэтому создания современных излучающих n-p переходов применяют главным образом фосфид галлия GaP и карбид кремния SiC, а также некоторые тройные соединения, называемые твердыми растворами, состоящие из галлия, алюминия и мышьяка (GaAlAs) или галлия, мышьяка и фосфора (GaAsP) и др. Внесение в полупроводник некоторых примесей позволяет получать свечение различного цвета.

Рисунок 1.23 – Излучение при рекомбинации

ВАХ излучающих n-p переходов соответствует прямой ветви обобщенной ВАХ n-p перехода, показанной на рисунке 1.17.

Помимо n-p переходов, дающих видимое свечение, создаются n-p переходы инфракрасного (ИК) излучения, изготовляемые преимущественно из арсенида галлия GaAs. Они применяются в фотореле, различных датчиках и входят в состав некоторых оптронов.

Можно создать переменный цвет свечения, т.е. использовать два светоизлучающих перехода, один из которых, например, имеет максимум спектральной характеристики в красной части спектра, а другой – в зеленой. Цвет свечения зависит от соотношения токов через переходы. Наилучшими качествами обладают излучающие гетеропереходы.

В качестве малоинерционных полупроводниковых источников излучения все шире применяются светоизлучающие диоды (светодиоды), работающие при прямом напряжении. Иногда их называют инжекционными светодиодами. А свечение, возникающее в светодиодах, относят к явлению так называемой инжекционной электролюминесценции.

Свечение полупроводникового диода наблюдал еще в начале 20-х годов в Нижегородской радиолаборатории О. В. Лосев во время своих экспериментов по генерации электрических колебаний с помощью кристаллического детектора. Однако дальнейшее изучение этого явления началось лишь в середине 50-х годов. В настоящее время промышленность выпускает десятки типов светодиодов и более сложных индикаторных приборов, представляющих собой комбинации тех или иных светодиодов.

Существуют светодиоды переменного цвета свечения с двумя светоизлучающими переходами, один из которых имеет максимум спектральной характеристики в красной части спектра, а другой – в зеленой. Цвет свечения такого диода зависит от соотношения токов через переходы. Наилучшими качествами обладают светодиоды с гетеропереходом.

Основные параметры светодиодов следующие:

  1. Сила света, измеряемая в канделах и указываемая для определенного значения прямого тока. У светодиодов сила света обычно составляет десятые доли или единицы милликандел. Напомним, что кандела есть единица силы света, испускаемого специальным стандартным источником.

  2. Яркость, равная отношению силы света к площади светящейся поверхности. Она составляет десятки – сотни кандел на квадратный сантиметр.

  1. Постоянное прямое напряжение (2-3 В).

  2. Цвет свечения и длина волны, соответствующие максимальному световому потоку.

  3. Максимальный допустимый постоянный прямой ток. Обычно он составляет десятки миллиампер.

  1. Максимальное допустимое постоянное обратное напряжение (единицы вольт).

  2. Диапазон температур окружающей среды, при которых светодиод может нормально работать, например от –60 до +70°С.

Для светодиодов обычно рассматриваются следующие характеристики. Яркостная характеристика дает зависимость яркости от прямого тока, а световая характеристика – зависимость силы света от прямого тока. Спектральная характеристика показывает зависимость излучения от длины волны. Вольт-амперная характеристика светодиода такая же, как у обычного выпрямительного диода. Важной характеристикой является диаграмма направленности излучения, которая определяется конструкцией диода, в частности наличием линзы, и другими факторами. Излучение может быть направленным или рассеянным (диффузным).

Некоторые параметры светодиодов зависят от температуры. Так, например, яркость и сила света с повышением температуры уменьшаются. Быстродействие у светодиодов высокое. Свечение возрастает до максимума в течение примерно 10–8 с после подачи на диод импульса прямого тока.

Светодиоды конструируют так, что­бы наружу выходил возможно больший световой поток. Однако значительная часть потока излучения все же теряется за счет поглощения в самом полупроводнике и полного внутреннего отражения на границе кристалл – воздух. Конструктивно светодиоды выполняются в металлических корпусах с линзой, обеспечивающей направленное излучение, или в прозрачном пластмассовом корпусе, создающем рассеянное излучение. Изготовляются также бескорпусные диоды. Масса диода составляет доли грамма.

Светодиоды являются основой более сложных приборов.

Линейная светодиодная шкала представляет собой интегральную микросхему, состоящую из последовательно размещенных светодиодных структур (сегментов), число которых может быть от 5 до 100. Такие линейные шкалы могут заменять щитовые измерительные приборы и служат для отображения непрерывно изменяющейся информации.

Цифро-буквенный светодиодный индикатор также сделан в виде интегральной микросхемы из нескольких светодиодных структур, расположенных так, чтобы при соответствующих комбинациях светящихся сегментов получалось изображение цифры или буквы. Одноразрядные индикаторы позволяют воспроизвести одну цифру от 0 до 9 или некоторые буквы. Многоразрядные индикаторы воспроизводят одновременно несколько знаков. У большинства индикаторов сегменты имеют вид полосок (обычно 7 для каждого разряда). Выпускаются также матричные индикаторы, имеющие 35 точечных светодиодных элементов, из которых синтезируются любые знаки. Достоинство матричного индикатора с большим числом элементов заключается в том, что отказ одного из элементов матрицы не приводит к ошибке при воспроизведении знака. А в 7-сегментных индикаторах отказ одного сегмента часто делает невозможным правильное прочтение отображаемого знака.

В течение ряда лет разрабатываются многоэлементные блоки, содержащие десятки тысяч светодиодов для получения сложных изображений. На этом принципе могут быть созданы плоские экраны для телевизионных приемников, заменяющие кинескопы.

Параметры и характеристики цифробуквенных индикаторов аналогичны тем, которые приводятся для обычных светодиодов. Цифробуквенные индикаторы широко используются в измерительной аппаратуре, устройствах автоматики и вычислительной техники, микрокалькуляторах, электронных часах и др.

studfiles.net

Как отличить оригинальный светодиод от подделки

Китайская промышленность активно развивается, потому что большинство технологий они копируют или крадут. Они легко могут скопировать что угодно, начиная от миниатюрного светодиод до автомобиля. До копирования космических кораблей им немного осталось. В России очень мало специалистов по светодиодам, направление очень перспективное, они нарасхват.  Множество компании бросились в доходный светодиодный бизнес не разбираясь в нём. Берут китайский товар, рисуют на нём своё название и получается ширпотреб низкого качества который не соответствует никаким ГОСТам и заявленным параметрам.

Где делают поддельные

Обычный китайский светодиодный аккумуляторный фонарик будет пользоваться спросом, если на нём написать Cree. Ведь этот бренд синоним самого высокого качества, максимальной мощности, яркости и долговечности. Зачем ставить оригинальные светодиоды, если можно ставить копии с худшими характеристиками. Ведь никто их не отличит, а чтобы измерить параметры диода необходимо иметь хорошие знания и оборудование.

Для изготовления поддельных светодиодов китайцы открыли целое производство. Скопировать внешний вид им удалось очень хорошо, а вот сделать качественные кристаллы как у оригинала не получилось.  Популярные модели Cree XML T6 и Cree XHP50 имеют размеры 5мм. на 5мм., подробно разглядеть без увеличения не получится. Современная подделка имеет внешнюю схожесть более чем на 95%.

Самый крупный изготовитель подделок это компания LatticeBright, официальный сайт http://latticebright.com   Они скопировали весь модельный ряд и маркировку. И конечно же PDF файл с характеристиками засекречен, иностранцам не надо знать электрические спецификации.

Каждый полупроводниковый элемент имеет свою вольтамперную характеристику, сокращенно ВАХ. Это график соответствия силы тока при подаче напряжения на светодиод. Вольтамперную характеристику скопировать сложнее, поэтому на подделках ВАХ отличается от оригинальной, которую можно найти в спецификациях на диод.

Отличие от оригиналов

Тема поддельных диодов в рунете почти никак не обсуждается, поиск через Яндекс не дал никаких результатов. Активное обсуждение и сравнение нашел только на немецком форуме, где они сравнивают  ВАХ своих фонарей.

Китайская подделка обладает средними характеристиками:

  1. рабочая температура до 120°, вместо 150°;
  2. срок службы неизвестен;
  3. надежность тоже неизвестна.

Это обычный китайский диод, который с Cree ничего общего кроме внешнего вида не имеет. Некоторые любители аккумуляторных фонариков знают технологию тестирования и знают что обозначает надпись LatticeBright на плате рядом с диодом.

Владельцы фонариков научились монетизировать умение тестировать. Они заказывают самые дешевые, но мощные светодиодные фонари на Aliexpress на Cree XML-T6 и Cree XHP50. Получают товар, тестируют диод, составляют доказательную базу. Затем открывают диспут на Aliexpress о полном возмещении средств за товар, показывая свои доказательства. Администрация Алиэкспресс решает спор в пользу покупателя. Денежку за фонарик ему возвращают, покупатель доволен.

К сожалению про подделки я узнал поздно, и не успел открыть спор на Алиэкспресс. Все мои 10 различных фонарей на КРИИ T6 и КРИ Q5 оказались на левых диодах.

Подделки присутствуют в различных дешевых светодиодных товарах:

  1. велофары;
  2. светодиодные балки для автомобилей;
  3. фар рабочего света;
  4. светодиодные лампы для габаритов авто и противотуманных фар.

По сути, заплатив небольшую сумму вы получаете товар соответствующего качества. Сколько заплатили, столько и получили.

Пример замеров

Измерение параметров проводил на диодах от автомобильных светодиодных ламп h5, H7, h21. В фотометрическом шаре измерил световой поток лампочек прогретых в течение 60 минут до рабочей температуры. Подключал термопару, чтобы проверить нагревание светодиода. Замерил мощность лабораторным блоком питания.

Мне приходится много общаться с представителями различных компаний, начиная от менеджеров по развитию и до директоров и владельцев бизнеса. Более 90%  плохо разбираются с светодиодах.

Автолампы h5

Светодиодные лампы для авто h5 в холодном состоянии имели мощность 22W, через 20 минут энергопотребление падало до 12W. На ближнем свете стояли Cree XHP50, на дальнем Philips MZ. Сперва меня удивило такое сочетание, зачем они поставили совершенно разные LED чипы, ведь должно быть какое то объяснение.

Потребление энергии на КРИ и Филипсах снижалось  практически одинаково. Предположил, что неисправен драйвер, разобрал лампы и подключил к лабораторному источнику тока. Потеря мощности была аналогичной, как на родном источнике питания лампочек.

Если умножить силу тока на напряжение по графику, то получим значение мощности при этом напряжении.

Затем проверяю ВАХ лабораторным блоками и высокоточными мультиметрами,  сравниваю с ВАХ из спецификаций Cree и Philips. График в 2 раза ниже, чем  должно. Только 1 светодиод показал ВАХ близкую к спецификациям из даташита.

Настоящий Philips MZ при подаче  питания 2,8 вольт должен обеспечивать 7,84W, сила тока 2,8 Ампера. Образец из автомобильной лампы на этом же напряжении 2,8В отдаёт только 4,48W.

  • 7,84W — 4,48W = 3,36W разница
  • 4,48W / 7,84W = 57%
  • 100% — 57% = 43%

Получается мощность ниже чем на графике на 43%. По моим многочисленным измерениям, подделки имеют мощность ниже на 30-40%.

Результаты

В комплекте автоламп получается что установлены светодиоды внешне максимально похожие на КРИ и Филипс. Но электрические характеристики совершенно другие. Для их подключения даже не требуется ограничивать силу тока, например устанавливать резистор для ограничения тока. Для оригинального этот резистор требуется обязательно, иначе он мощность будет раза в 2 выше номинальной, он перегреется и сгорит.

Результаты измерений отправлял компании, предоставившей лампы. Они обратились к китайскому заводу изготовителю, который показал им документы и сертификаты на светодиоды. Естественно у них есть и настоящие КРИ и левые. У них полная схожесть по размерам, контактным площадкам. Поэтому на линию можно запустить катушку с левыми LED чипами без перенастройки оборудования.

Китайцам нечего терять, они в любом случае не признаются, что использовали подделки. Признание —  тоже самое как подписать себе приговор, и выплачивать возмещение за обман. За 5 лет общения с китайскими заводами и представителями я подробно изучил особенности их работы и ненавязчивому выпытыванию реальных технических характеристик продукции.

Многие не верят, что обман идёт в таких гигантских промышленных масштабах. Кто не верит, считают, что я плохо разбираюсь в светодиодах, не компетентен или меня подводит проверенное и откалиброванное оборудование. Не верят 90% клиентов, потому что в электронике они разбираются плохо или совсем не разбираются. А у меня образование электронщика и опыт работы 20 лет, из которых около 5 лет с паяльником в руках.

По мере общения с клиентами  я узнаю, кто они по образованию. Оказывается у них образование не связано со знанием характеристик электроники и электрических компонентов. Это учителя русского языка, инженеры по теплосетям и другие специальности. Некоторые даже не догадываются и впервые от меня слышат, что у LED кристаллов существует деградация. Остаётся загадкой, зачем таких некомпетентных сотрудников ставят работать в таком высококонкурентном бизнесе.

В результаты своих экспертиз я никого не заставляю верить, хотя подробно всё описываю с примерами и доказательствами. Потому что бессмысленно, что то доказывать человеку,  который в этом не разбирается.  Выяснить правду и разобраться с китайским заводом  это дело заказчика.

ВАХ диода – это железный аргумент, который может каждый протестировать в домашних условиях обычными мультиметрами. Продукция Cree и Philips относится к самому высокому классу, хай-энд, точность изготовления самая лучшая в мире. Поэтому отклонение ВАХ не должно превышать 1%.

led-obzor.ru

Элтех 2.2 лаба 1

Кафедра «Системы автоматики, автоматизированного управления и проектирования»

Отчет по лабораторной работе №1

Исследование характеристик полупроводниковых диодов

Преподаватель: ________ ________________

дата, подпись

Студент: КИ 13-12 ________ ________________

дата, подпись

Студент: КИ 13-12 ________ ________________

дата, подпись

Красноярск 2015

Цель работы: экспериментальное исследование вольт-амперных характеристик полупроводниковых диодов; определение параметров схемы замещения диода; изучение влияния ВАХ диодов на форму токов и напряжений в цепи.

Оборудование: рабочая станция NI ELVIS II, резистор, кремниевый диод, стабилитрон, светодиод, соединительные провода.

Используемые виртуальные приборы: генератор, осциллограф, анализатор характеристик двухполюсных элементов.

  • Исследовать вольт-амперные характеристики кремниевого диода, стабилитрона, светодиода;

  • По результатам эксперимента определить параметры схем замещения исследуемых приборов;

  • Исследовать влияние ВАХ диодов на форму кривых токов и напряжений в цепи.

  1. Исследование вольт-амперных характеристик диодов

    1. Подключить кремниевый диод к выводам DUT+ и DUT– на монтажной панели.

    2. Включить персональный компьютер и рабочую станцию.

    3. Открыть модуль запуска

    4. Включить анализатор ВАХ двухпроводных компонентов. Установить пределы изменения напряжения от – 0.7 до +0.7 В.

    5. Построить и скопировать в отчет ВАХ кремниевого диода. С помощью курсоров определить напряжение изгиба и динамическое сопротивление на крутом участке ВАХ

    6. Подключить к выводам DUT+ и DUT– монтажной панели светодиод.

    7. С помощью анализатора характеристик двухпроводных компонентов построить и скопировать в отчет ВАХ светодиода. Определить динамическое сопротивление, соответствующее крутому участку ВАХ.

    8. Подключить к выводам DUT+ и DUT– монтажной панели стабилитрон.

    9. Построить и скопировать в отчет ВАХ стабилитрона. Определить напряжение пробоя и динамическое сопротивление на крутом участке обратной ветви ВАХ.

    10. Закрыть анализатор характеристик двухпроводных компонентов и выключить питание монтажной панели.

  2. Исследование влияния ВАХ диодов на форму кривых токов и напряжений в цепи.

    1. На монтажной панели собрать электрическую цепь, изображенную

2.2. Включить питание монтажной панели.

2.3. Включить генератор функций и осциллограф. Установить амплитуду и частоту синусоидального напряжения на выходе генератора в соответствии с указаниями преподавателя. При необходимости изменить развертку осциллографа так, чтобы на экране можно было наблюдать 1-2 периода колебаний

2.4. Скопировать осциллограммы напряжений в отчет. С помощью курсоров определить и записать в отчет прямое и обратное напряжения диода.

2.5. Заменить кремниевый диод в схеме на стабилитрон

2.6. Повторить п. 2.3., 2.4.

3. Закрыть виртуальные приборы и выключить питание рабочей станции.

ВАХ выпрямительного диода (далее ВД)

1-ая точка на крутом участке ВАХ ВД

2-ая точка на крутом участке ВАХ ВД

U1=0,60 V U2=0,70 V

I1=0 mA I2=0,45 mA

Rвыпрям = Ом

ВАХ светодиода

1-ая точка на крутом участке ВАХ светодиода

2-ая точка на крутом участке ВАХ светодиода

U1=0,74 V U2=0,78 V

I1=2,25 mA I2=9,10 mA

Rстаб= Ом

ВАХ стабилитрона

1-ая точка на крутом участке ВАХ стабилитрона

2-ая точка на крутом участке ВАХ стабилитрона

U1=1,97 V U2=2,06 V

I1=4,98 mA I2=8,83 mA

Rсвет= Ом

Вывод:

Мы экспериментально исследовали ВАХ полупроводниковых диодов, определили параметры схемы замещения диодов, изучили влияния ВАХ диодов на форму токов и напряжений в цепи. Результаты вычислений динамического сопротивления на крутом участке ВАХ представлены в таблице результатов.

Таблица с результатами:

Выпрямительный диод

Стабилитрон

Светодиод

Rдиф

22,2 Ом

5,8 Ом

23,3 Ом

studfiles.net

Простая схема подключения светодиодов для освещения

вопрос:Как светодиод можно подключить к 12 вольтовому аккумулятору?

Включение светодиодов без специального драйвера.

Схема включения светодиодовБлок питания для светодиодаСветодиодная лампаСветодиодное освещениеМодули питания для LED LightingДрайвер или блок питания для светодиодов (управляющее устройство)Электрическая принципиальная схема с указанием токов и напряжений на реальных светодиодах

Почему светодиоду для освещения "нужен" драйвер, и как обойтись без драйвера

Осветительный светодиод - это несовершенный источник света, который нуждается в специальном источнике питания, под названием источник тока (не источник напряжения!). Берете паспорт светодиода (datasheet), смотрите максимально допустимый ток в прямом направлении (maximum forward current), выставляете на лабораторном источнике тока значение, равное или меньше паспортному максимальному току, подключаете светодиод.Как понимаете, такое подключение светодиодов для освещения в жизни не приемлемо.

Поэтому упрощенный лабораторный источник тока для светодиодов обозвали "драйвером".

Речь идет об "обыкновенных" светоизлучающих диодах (LED, light-emitting diode) и мощных светодиодах, они же сверхяркие светодиоды (power LEDs), осветительные светодиоды, диодах-лампочки.

О языке: светодиодов на русском языке не бывает, они почти все из Китая, произведены в Китае для заграницы Китая - на английском языке. Поэтому для ключевых терминов я привожу английский эквивалент.(Вариант из прошлого: проданы от имени, под брэндом европейской или американской корпорации, или тогда это называлось по-другому: европейская-американская-японская корпорация имела производство в Китае.)Зачем я уточняю эту важную деталь, станет ясно чуть позже.

В какое напряжение включать светодиод, или электрическое сопротивление светодиода

Закон Ома действует "U=I*R" только для постоянных активных сопротивлений, а светодиод таковым не является, у светодиода сопротивление изменяется в зависимости от напряжения.

Посмотрите на график зависимости тока светодиода от напряжения (ВАХ, вольт-амперную характеристику светодиода, current-voltage characteristic, I–V curve), голубая кривая:

На графике ВАХ светодиода участок максимальной яркости обозначен W, фиолетовым цветом.

Из графика понятно, что малое изменение напряжения около W вызывает трехкратное увеличение тока через светодиод. А превышение максимально допустимого (паспортного тока, maximum forward current) чревато перегоранием светодиода.

На график ВАХ линии иллюстрируют:Постоянное сопротивление (желтая линия L), линейная ВАХСопротивление лампы накаливания, нелинейная ВАХ.При нагревании током вольфрамовая спираль лампочки повышает свое сопротивление, то есть кривая ток-напряжение лампы ведет себя наоборот, по сравнению с ВАХ светодиода.

Графики ВАХ различны для различных типов (моделей) светодиодов, различие - в положении точки A (начало интенсивного свечения светодиода) и крутизне кривой от А до В. Приведенный график типичен для светодиодов LUXEON K White, торговая марка Philips.На графике поканана ВАХ одиночного кристалла, не микросборки из нескольких кристаллов!

Точка А может приходиться на напряжение от 1,5 до 5 вольт, в зависимости от материала кристалла светодиода, и имеет зависимость от температуры кристалла. Для мощных светодиодов для освещения обычно указывают рабочую температуру подложки (корпуса или выводов) +85 градусов Цельсия, максимальную - 125 градусов Цельсия.

Все светодиоды (даже из одной партии) имеют большой разброс характеристик (почему продавцы и не указывают точные данные, а указывают типичные значения и т.п. формулировки), самая важная характеристика LED для освещения - максимальный ток, от которого зависит максимальная яркость свечения - по моему опыту "сжигания" светодиодов, максимальный ток может различаться в 2-3 раза.

Индивидуальная регулировка, подбор или запас мощности

При изготовлении полупроводниковых приборов (в том числе и светодиоды) в XX веке стремились к уменьшению разброса характеристик. Но в XXI веке китайские производства делают, в т.ч. сетодиоды, по принципу "что получится", а потом сортируют по параметрам: хорошие - под одной маркой (дороже), плохие - под другой (и не факт, что дешевле).

Схема выжимания из светодиода света при минимуме затрат

Методика позволяет дешево добиться максимальнго света от светодиода, с некоторым риском "перегорания".Факты:"Нормальное" электричество в электросети имеет напряжение +-10% от 220 (230 вольт).Лампа накаливания имеет обратную светодиоду ВАХ.

Известная схема включения маломощного светодиода последовательно с балластным резистором с некоторым запасом не применима для мощных светодиодов - слишком много тепла выделяется на резисторе.

Питание осветительного светодиода от плохого трансформатора с большим внутренним сопротивлением (которое выполняет роль балласта) также не выход - из трансформатора получится плохой дорогой электрообогреватель.

Простейшая схема включения мощного светодиода - это последовательное включение обыкновенных и галогеновых ламп накаливания на 12 вольт в качестве резистора-"сопротивления". Подбор питающего напряжения и количества последовательно включенных светодиодов дает интересные результаты: мощные светодиоды светят, лампочка светит.

Почему галогеновых? У галогеновых ламп световая отдача выше, и более нелинейная вольт-амперная характеристика, так как температура нити накаливания выше.

Как подбирать лампочки для балласта? Возьмите паспортные ток и напряжение, по ним расчитайте сопротивление по формуле по закону Ома R=I/U. Это будет сопротивление светодиода на участке кривой вблизи W - максимальной яркости. Добавьте лампочками последовательно еще столько Ом. Поверьте ток амперметром (мультиметром). Ток через светодиод должен оказаться много меньше максимально допустимого по паспорту. А теперь - уменьшайте сопротивление балласта, не превышая максимального тока.

Например, у меня по этой схеме включена цепочка красных 5-ваттных светодиодов Люксеон К2 и 3 белых (Luxeon K2 уже не выпускаются) для освещения рассады.Правда, из белых светодиодов в живых остался только 1 (один). Остальные за 3 года перегорели по причине отлипания термопасты между светодиодом и радиатором охлаждения.

Схема:

Цепочка красных (оранжевых) светодиодов Luxeon K2 - 5 штук:Блок питания 32 вольта.Включены последовательно с автомобильными лампочками 12 вольт: 21W, 2 по 5W (что было под рукой :).Светодиоды установлены на термопасту на алюминиевые радиаторы площадью (каждый) по 80 кв.см (поэтому все целы, кроме одного :).

Белый светодиод Luxeon K2 (на самом деле - голубой):Источник питания 14 вольт. Включен последовательно с лампой накаливания 20 ватт.Это результат естественного отбора по параметрам.

С тем же успехом можно сделать светодиодное освещение от аккумулятора 12 вольт.

Применение светодиодов

Тем не менее, рассада помидоров получается не бледная-тонкая-хилая, а темно-зеленая и коренастая, как в открытом грунте.

Как я убедился, на практике современные светодиоды не годятся для домашнего освещения - это безумно дорого... и в диком света - темно. А вот для подсветки растений светодиоды незаменимы по причине спектральных характеристик и не излучают инфракрасный свет (не поджаривают растения).

(см. также Самодом)

Еще про светодиоды и растения:Эффективность искусственного света для освещения растений

Супер-теплицы: климатрон (фитотрон) и Биосфера-2

 06фев2013

chem-tech.netnotebook.net

Вопросы подключения мощных светодиодов / Теория, измерения и расчеты / Сообщество EasyElectronics.ru

Предисловие.

Когда-то давно я писал статью про подключение мощных светодиодов для одного сайта, который так и умер, не родившись — статья осталась лежать в столе. Несколько позже я писал длинный пост на Радиокоте, посвященный этой же теме. А недавно в обсуждении статьи про мой дачный фонарь прозвучала просьба пояснить, для чего все эти пляски с импульсными драйверами и отчего бы не использовать резистор. В ответ я обещал посвятить этому статью. Сим я выполняю это обещание, а заодно и утилизирую накопившийся в столе материал, скомбинировав и переработав его. Dixi.

Идемте верным путем, товарищи!

В наши дни каждый прогрессивный человек знает, что светодиоды — будущее освещения. У них огромный по современным меркам световой КПД, малые габариты, малое рабочее напряжение… Одним словом, идеальный источник света. Единственное, что смущает, это их цены. Однако, уже довольно давно в продаже есть одноваттные светодиоды, которые, на мой взгляд, являют собой оптимальное соотношение цена/характеристики, что позволяет с уверенностью говорить о целесообразности их применения для освещения уже сегодня.

Помимо же осознания важности светодиодов для народного хозяйства, прогрессивного человека сегодняшнего дня также отличает осознание того факта, что светодиод — прибор токовый. А это означает, что перед тем, как наслаждаться осознанием своей прогрессивности, созерцая свет сих приборов будущего, мы неизбежно должны построить стабилизатор тока. Однако перед тем, как заняться этим достойным делом, я хотел бы сделать небольшое отступление, предназначенное для заблудших, доныне не познавших светодиодное дао, и упорно пытающихся подключать оные кристаллы к разнообразным источникам напряжения.

Почему не батарейка?

В принципе, теоретически, если мы определили напряжение на конкретном светодиоде при нужном токе, и потом поддерживаем его с высокой точностью, все вроде должно быть хорошо, и вроде как светодиод при таких условиях должен нормально работать от источника напряжения. Отлично. А теперь давайте подогреем сей кристалл градусов этак на пятнадцать (а если кристалл мощный, так он и сам нагреется, без нашей помощи). Или охладим. Или просто подождем, пока он постареет. Все эти факторы оказывают влияние на рабочее напряжение. Что будет? Если мы его нагреем, то рабочее напряжение диода упадет (ибо упадет сопротивление, полупроводник все же). Однако источник будет стараться держать напряжение на диоде стабильным, поднимая ток по экспоненциальной ВАХ диода. Очевидно, что в этом случае кристалл будет еще сильнее разогреваться от проходящего тока, его сопротивление будет еще больше падать, ток будет расти еще больше, и светодиод сгорит.

Потому светодиод прежде всего требует поддержания стабильного рабочего тока.

Выбираем источник тока.

Первое, что приходит в голову — включить последовательно со светодиодом резистор. Однако давайте посмотрим, чем нам это грозит.

Да, совсем забыл сказать — если мы хотим подключить несколько светодиодов к одному источнику, разумно включать их последовательно, ибо, как уже говорилось, светодиод — токовый прибор. Поэтому, включая несколько одинаковых светодиодов, мы должны включать их так, чтобы обеспечить одинаковость тока. А это возможно именно при последовательном подключении (при условии, что максимальное напряжение, которое может выдать наш источник, больше суммы падений на диодах). В противном случае нам придется делать отдельный стабилизатор тока для каждого светодиода, поскольку, если запараллелить их напрямую, то из-за разности рабочих сопротивлений токи неизбежно будут отличаться, что в перспективе также может привести к перегреву и выходу из строя сначала одного, а потом и всех диодов по очереди, поскольку с выгоранием очередного диода ток через оставшиеся будет расти, провоцируя еще более скорый выход последующих из строя.

Так вот, давайте посчитаем. Светодиод у нас потребляет ток I при среднем напряжении на нем Uпр. Тогда резистор должен принимать на себя оставшиеся Uпит.-Uпр. вольт (где Uпит. — напряжение питания). Соответственно, сопротивление резистора можно сосчитать по закону Ома:

R=(Uпит. — Uпр.)/I

При этом мощность, на нем рассеиваемая, будет равна

P=I2R

Вроде бы ничего страшного, более того, для маломощных светодиодов такой подход можно считать правильным, поскольку при напряжениях питания, существенно превосходящих среднее прямое падение на диоде и малых токах (20 — 50мА) номинал резистора получается достаточно большим для того, чтобы пристойно стабилизировать ток через диод. Происходит это следующим образом: при нагреве диода ток, как уже было выяснено, пытается вырасти, а вместе с ним растет и напряжение, которое падает на резисторе; т.о., напряжение на диоде опускается до нового, соответствующего новым условям.

Однако давайте попробуем посчитать потери на резисторе исходя из того, что мы собираемся подключать не какой-нибудь 5мм светодиод, а хороший такой одноваттный Luxeon. Обычный рабочий ток одноваттного светодиода — 350мА, среднее падение на нем примем равным 3.5В. Тогда при 12В источнике питания мощность, рассеиваемая на резисторе, составит 3 Ватта! При том, что сам светодиод у нас потребляет один Ватт! Таким образом, почти полностью теряется преимущество светодиода в КПД. Кроме того, это решение страдает еще рядом недостатков. Во-первых, невозможно заранее точно расчитать сопротивление резистора. Говоря про падение напряжения, я не случайно сказал что беру «среднее», ибо, как уже было не раз сказано, нормируется только рабочий ток, а напряжение на каждом отдельном светодиоде свое. При этом во время работы оно может изменяться в довольно широких пределах, в частности, из-за нагрева светодиода, изменения погоды на Марсе и ряду других причин. Однако, оно явно входит в формулу расчета резистора. Поэтому заранее точно рассчитать сопротивление невозможно. Во вторых, при подключении светодиода через резистор ток будет зависить от напряжения на входе. И нам потребуется стабилизировать еще и напряжение, при этом мы будем еще сильнее проигрывать в КПД. И, наконец, в-третьих, очевидно, что, чем мощнее диод, тем меньший номинал резистора для него потребуется. Но из вышесказанного также очевидно, что стабилизирующая способность резистора напрямую зависит от его номинала, причем прямо пропорционально. Одним словом, очевидно, что питать мощные диоды через резистор крайне нежелательно.

Как же быть?

Посмотрим теперь, как можно исправить перечисленные недостатки. Мощность, выделяющуюся на резисторе, можно сократить, уменьшая падение напряжения на нем. Этого можно добиться, подбирая количество включенных последовательно с ним светодиодов таким образом, чтобы максимально приблизить суммарное падение напряжения на них к напряжению источника питания. Тем не менее, ясно, что это пройдет только с маломощными диодами, которые не слишком чувствительны к стабильности тока. А вот от остальных недостатков без изменения схемотехники уйти невозможно.

Идя по пути совершенствования можно использовать микросхему вроде LM317 для стабилизации тока — это позволит не задумываться о значениях прямого напряжения на светодиодах и улучшить стабильность тока по сравнению с резистором, но даже в таком виде стабилизатор будет рассеивать слишком много тепла, так как в лучшем случае на LM317 будет падать где-то 3В. При этом тепловыделение составит как минимум около ватта, что тоже много, учитывая что светодиод, который мы собираемся использовать, тоже потребляет около ватта. То есть, используя линейный стабилизатор, мы теряем возможность подключить еще как минимум один светодиод.

Что же делать?

А есть ли иное решение, свободное и от повышенного тепловыделения? Оказывается, есть! Во всех предыдущих вариантах мы стабилизировали ток, сбрасывая излишек энергии в виде тепла на регулирующем элементе. Между тем существует другой подход к стабилизации: сначала мы берем нужную нам порцию энергии от источника, а потом передаем ее потребителю уже при другом напряжении и токе, сохраняется только количество энергии. При таком подходе КПД часто переваливает за 90%. Этот принцип реализуется в так называемых импульсных стабилизаторах, которыми и являются большинство драйверов мощных светодиодов. По сути это источники напряжения с обратной связью по току — т.е., они сами подстраивают выходное напряжение так, чтобы ток во внешней цепи был постоянен.

Собственно, импульсные драйверы и являются наилучшим выбором. Возможно я напишу о них в одной из следующих статей.

we.easyelectronics.ru


Смотрите также