Светодиоды cree характеристики


Светодиоды CREE

fonariki.ru

В данный момент производители фонарей используют светодиоды 4-х основных фирм: американской CREE, корейской SSC(Seoul Semiconductor), американской Luminus и японской Nichia.

 

Наибольшим разнообразием отличаются светодиоды CREE, они же пользуются наибольшей популярностью и используются в 90% фонарей.

CREE XLamp MC-E

  светодиод большой мощности, аналог SSC P7. Применяется в фонарях со световым потоком от 400 до 900Лм. (Внешне, неопытному пользователю эти светодиоды практически не отличить). Как и SSC P7, стал вымирающим видом - с появлением светодиода XM-L

CREE XLamp XR-E

 

светодиод средней мощности, с максимально достижимым световым потоком до 250Лм. Используются в недорогих фонарях малой и средней мощности. Очень популярен благодаря невысокой цене и небольшому энерго потреблению. Фонарик на таком светодиоде может работать достаточно долго от одной обычной АА или ААА батарейки при световом потоке около 100Лм. В фонарях с световым потоком более 100Лм часто используют комбинированное питание: либо 3хААА батарейки либо 1 Li-ion аккумулятор. Это позволяет пользоваться фонариком от обычных батареек, не докупая достаточно дорогую пару: Li-ion аккумулятор + зарядное устройство. 

Так как светодиод имеет небольшие размеры – то хорошо поддается фокусировке, и используется в большинстве линзовых (фокусируемых) фонарей.

CREE XLamp XP-G

  светодиод средней мощности, с максимально достижимым световым потоком в 320Лм. Номинальная эффективность светодиода 93Лм/Вт. Используется в фонарях средней мощности. Как правило фонари на это диоде имеют питание от одного Li-ion аккумулятора, так как емкости обычных батареек уже не хватает для поддержания нужной яркости. Используется как компромисс между более "прожорливым" XM-L и более слабым XR-E, когда нужно получить хорошую яркость и одновременно длительное время работы от одного заряда аккумулятора. В линзовых фонарях практически не используется

CREE XLаmp XM-L 

 

этот светодиод стал настоящим прорывом в мире фонарей:

- большой диапазон светового потока от 250 до 1100Лм;- отличное КПД даже при работе на четверть номинальной мощности;- невысокая цена; 

Светодиод CREE XM-L вытеснил с рынка фонарей большую часть использовавшихся ранее светодиодов (например SSC P7, CREE MC-E, Luminus SST-50). После появления фонарей на 3-х и более XM-L диодах, свои позиции сдал диод Luminus SST-90, фонари на котором считались самыми яркими среди серийно производившихся. Более того, яркость светодиодных фонарей на нескольких XM-L диодах сравнилась с яркостью фонарей на ксеноновых лампах.

Применение XM-L в лизовых фонарях (фонарях с фокусировкой луча), было продиктовано одним большим недостатком зумов на XR-E диоде - малой яркостью при широком луче (максимальной расфокусировке). Яркости классических XR-E линзовиков катострафически нехватает на нормальное освещение большого равномерного круга засветки. А ведь вся идея линзового фонаря состоит в его универсальности - возможности хорошо светить и далеко и вблизи. Проблему решали в основном путем уменьшения максимального угла раскрытия луча таких фонарей (то есть широко такой фонарь все равно не светил).

С появлением XM-L диодов, эту проблему удалось решить. Так как эти диоды намного ярче, они обеспечивают достаточную яркость при широком луче. Однако, ошибочно считать что линзовый фонарь на XM-L диоде будет иметь бОльшую дальность луча. Особенности строения светодиода XM-L не позволяют достаточно хорошо сфокусировать луч обычными способами. Большая часть светового пучка при фокусировке теряется на внутренних стенках фонаря. Из за этой особенности, линзовые фонари на ХМ-L не превосходят но и не уступают по дальности луча классическим зумам на XR-E диодах.

 

 

 

CREE XLаmp XM-L2    
 

В 2013 году компания CREE представила новый мощный светодиод XM-L2. Корпус XM-L2 размером 5х5 мм и идентичная посадочная площадка предыдущей версии светодиода позволяют использовать его без каких-либо дополнительных затрат, а увеличение световой отдачи делает светильник эффективнее более чем на 10%. Несмотря на очевидные преимущества, стоимость XM-L2 ниже стоимости своего предшественника.

Производственный отбор светодиодов XM-L2 осуществляется при температуре перехода кристалла 85°C, что существенно упрощает оценку параметров светодиода в рабочем режиме. Максимальный рабочий ток нового светодиода 3 А, при котором световой поток достигает 985 лм (бин U2), при светоотдаче 100 лм/Вт. Световая отдача такого светодиода на номинальном токе 700 мА составит 150 лм/Вт.

Светодиоды XM-L2 выпускаются в диапазоне белого цвета от 2700 К до 8300 К. Основная сфера применения – уличное, архитектурное и промышленное освещение. В настоящий момент, на складе присутствуют светодиоды нейтрального и холодного белого цветов.

CREE XLаmp XP-L  

 

 

Однокристальный светодиод компании Cree серии XP-L – мощный (10 Вт), но, пожалуй, самый миниатюрный в своем классе. Светодиод выполнен в том же форм-факторе, что и приборы других популярных серий – XT-E и XP-G, что позволяет без проблем применить светодиоды XP-L в изделиях, разработанных для других серий. Высокая плотность излучения позволяет повысить светоотдачу, при этом уменьшив размер и стоимость конечного изделия.

Размер нового светодиода 3.45х3.45 мм – стандартный типоразмер светодиодов производства компании Cree. В этом факте не было бы ничего примечательного, если бы не одно обстоятельство – мощность этой «крошки» достигает 10 Вт! До выхода этого прибора самыми маленькими представителями класса 10-ваттников были светодиоды семейства XM-L размера 5х5 мм (более чем в два раза превосходящие XP-L по площади).

 

 

Фирма Luminus специализируется на производстве исключительно сверхмощных диодов, и представлена на рынке светодиодных фонарей двумя моделями SST-50 и SST-90

Luminus SST-50 - сверхмощный светодиод с максимально достижимым световым потоком в 1300Лм. Используется в свермощных дальнобойных фонарях. Выигрывает у CREE XM-L в максимальной яркости, но проигрывает в КПД и стоимости.

Luminus SST-90 - сверхмощный светодиод с максимально достижимым световым потоком в 2300Лм. До недавнего времени самые мощные серийные светодиодные фонари использовали именно этот светодиод. Да и сейчас, если вам необходим самый мощный фонарь на одном светодиоде, то SST-90 пожалуй единственный распространенный вариант. 

С появлением фонарей на нескольких XM-L диодах, SST-90 увернно сдает позиции. Фонарь на трех XM-L диодах превосходит фонарь на SST-90 в яркости, во времени работы от одного заряда и значительно привлекательнее по цене.

Характеристики светодиодов для фонариков. Подбор и замена диодов

Рассмотрим светодиодную продукцию, начиная от старых 5-мм, до сверхъярких мощных светодиодов мощность которых доходит до 10 Вт.

Чтобы выбрать «правильный» фонарик для своих нужд, нужно разобраться в том какие бывают светодиоды для фонариков и их характеристики.

Какие диоды используются в фонариках?

Мощные светодиодные фонари начались с устройств с матрицей 5-мм.

LED фонари в совершенно разных исполнениях, от карманных до кемпинговых, получили широчайшее распространение в середине 2000-х. Их цена заметно снизилась, а яркость и долгий срок службы от одного заряда батареек сыграли свою роль.

5-ти миллиметровые белые сверхъяркие светодиоды потребляют от 20 до 50 мА тока, при падении напряжения 3.2-3.4 вольта. Сила света – 800 мкд.

Очень хорошо показывают себя в миниатюрных фонариках-брелках. Маленький размер позволяет носить такой фонарик с собой. Питаются они либо от «мини-пальчиковых» батареек, либо от нескольких круглых «таблеток». Часто используются в зажигалках с фонариком.

Вот какие светодиоды в китайских фонариках устанавливаются уже много лет, но их век постепенно истекает.

В поисковых фонарях при большом размере отражателя есть возможность смонтировать десятки таких диодов, но такие решения постепенно отходят на второй план, а выбор покупателей падает в пользу на фонарей на мощных светодиодах типа Cree.

Поисковый фонарь на 5мм светодиодах

Такие фонари работают от батареек типа АА, ААА или аккумуляторов. Стоят недорого и проигрывают как в яркости, так и в качестве современным фонарям на более мощных кристаллах, но об этом ниже.

В дальнейшем развитии фонарей производители перебрали множество вариантов, но рынок качественной продукции занимают фонари с мощными матрицами или дискретными светодиодами.

Какие светодиоды используют в мощных фонариках?

Под мощными фонарями подразумеваются современные фонари различных типов начиная от тех, что размером с палец, заканчивая огромными поисковыми фонарями.

В такой продукции в 2017 году актуальна марка Cree. Это название американской компании. Её продукция считается одной из наиболее передовых в области светодиодной техники. Альтернативой являются LED от производителя Luminus.

Такие вещи значительно превосходят светодиоды с китайских фонариков.

Какие светодиоды Cree в фонариках устанавливаются наиболее часто?

Модели носят название состоящие из трёх четырёх символов, разделённых дефисом. Так диоды Cree XR-E, XR-G, XM-L, XP-E. Модели XP-E2, G2 чаще всего используются для небольших фонариков, а XM-L и L2 – очень универсальные.

Их используют, начиная от т.н. EDC фонарей (для повседневного ношения) – это маленькие фонари размером меньше ладони, до серьёзных поисковых фонарей большого размера.

Давайте рассмотрим характеристики мощных светодиодов для фонариков.

НазваниеCree XM-L T6Cree XM-L2Cree XP-G2Cree XR-E
Фото
U, В2,92,852,83,3
I, мА700700350350
P, Вт2211
Рабочая температура, °C
Световой поток , Лм280320145100
Угол свечения, °12512511590
Индекс цветопередачи, Ra80-9070-9080-9070-90

Главная характеристика светодиодов для фонарей – это световой поток. От неё зависит яркость вашего фонаря и количество света, которое может дать источник. Разные светодиоды, потребляя одинаковое количество энергии, могут существенно отличаться по яркости.

Рассмотрим характеристики светодиодов в больших фонариках, прожекторного типа:

НазваниеCree MT-G2Сree MK-RLuminus SST-50Luminus SBT-90
Фото
U, В5,7; 8,55; 34,2;6; 12;3,63,5
I, мА1100; 735; 185;2500; 125050009000...13500
P, Вт6,38,51820...40
Рабочая температура, °C
Световой поток , Лм44051012502000...2500
Угол свечения, °11512010090
Индекс цветопередачи, Ra70-9080-9080-90

Продавцы часто указывают не полное название диода, его типа и характеристики, а сокращенную, несколько иную цифробуквенную маркировку:

  • Для XM-L: T5; T6; U2;
  • XP-G: R4; R5; S2;
  • XP-E: Q5; R2; R;
  • для XR-E: P4; Q3; Q5; R.

Фонарь может так и называться, «Фонарь EDC T6», информации в такой краткости более чем достаточно.

Ремонт фонариков

К сожалению цена таких фонариков довольно большая, как и самих диодов. И не всегда есть возможность приобрести новый фонарь, в случае поломки. Давайте разберемся как поменять светодиод в фонарике.

Для ремонта фонарика необходим минимальный набор инструментов:

  • Паяльник;
  • флюс;
  • припой;
  • отвёртка;
  • мультиметр.

Чтобы добраться до источника света нужно отвинтить головную часть фонаря, она обычно закреплена на резьбовом соединении.

В режиме проверки диодов или измерения сопротивления проверьте исправность светодиода. Для этого прикоснитесь щупами черным и красным к выводам светодиода, сначала в одном положении, а затем поменяйте местами красный и черный.

Если диод исправен – то в одном из положений будет низкое сопротивление, а в другом – высокое. Таким образом вы определяете, что диод исправен и проводит ток только в одном направлении. Во время проверки диод может излучать слабый свет.

В противном случае в обеих положениях будет короткое замыкание или высокое сопротивление (обрыв). Тогда нужна замена диода в фонаре.

Теперь нужно выпаять светодиод из фонаря и, соблюдая полярность, впаять новый. Будьте внимательны при выборе светодиода, учтите его потребление тока и напряжение, на которое тот рассчитан.

Если вы будете пренебрегать этими параметрами – в лучшем случае фонарик будет быстро садиться, в худшем – драйвер выйдет из строя.

Драйвер – это устройства для питания светодиода стабилизированным током от разных источников. Промышленно изготавливаются драйвера для питания от сети 220 вольт, от автомобильной электросети – 12-14.7 вольт, от Li-ion аккумуляторов, например, типоразмера 18650. Драйвером оборудовано большинство мощных фонарей.

Увеличиваем мощность фонаря

Если вас не устраивает яркость вашего фонаря или вы разобрались как заменить светодиод в фонарике и захотели его модернизировать, прежде чем покупать сверхмощные модели изучите основные принципы работы LED и ограничения в их эксплуатации.

Диодные матрицы не любят перегрева – это главный постулат! А замена светодиода в фонарике на более мощный может привести к такой ситуации. Обратите внимание на модели, в которые устанавливаются более мощные диоды и сравните со своей, если они подобны по размерам и конструктиву – меняйте.

Если ваш фонарь меньше – потребуется дополнительное охлаждение. Подробнее о изготовлении радиаторов своими руками мы писали здесь.

Если вы попытаетесь установить в миниатюрный фонарик-брелок такой гигант, как Сree MK-R, он у вас быстро выйдет из строя от перегрева и это будут зря потраченные средства. Незначительное повышение мощности (на пару ватт) допустимо без модернизации самого фонарика.

В остальном процесс замены марки светодиода в фонарике на более мощную – описан выше.

Фонари Police

Они зарекомендовали себя на протяжении многих лет и с каждой новой моделью этих фонарей спрос не утихает. Новинкой на отечественном рынке стала модель с электрошокером.

LED фонарик Police с шокером

Такие фонари ярко светят и могут выступать в роли средства самообороны. Однако и в них случаются проблемы со светодиодами.

Как заменить светодиод в фонарике Police

 Широкий модельный ряд очень трудно охватить в рамках одной статьи, но можно дать общие рекомендации по ремонту.

  1. При ремонте фонаря с электрошокером будьте аккуратны, желательно используйте резиновые перчатки, чтобы избежать удара током.
  2. Фонари с пылевлагозащитой собраны на большом количестве винтов. Они отличаются по длине, поэтому делайте пометки откуда вы выкрутили тот или иной винт.
  3. Оптическая система фонарика Police позволяет регулировать диаметр светового пятна. При разборке на корпусе сделайте отметки в каком положении стояли детали перед снятием, иначе будет трудно поставить блок с линзой обратно.

Замена светодиода, блока преобразователя напряжения, драйвера, аккумулятора возможна с применением стандартного набора для пайки.

Какие светодиоды стоят в китайских фонариках?

Многие товары сейчас покупаются на aliexpress, где можно найти как оригинальную продукцию, так и китайские копии, которые не соответствуют заявленному описанию. Цена за такие приборы бывает сопоставимой с ценой на оригинал.

В фонарике, где заявлен светодиод Cree, его может на самом деле не быть, в лучшем случае будет стоять диод откровенно другого типа, в худшем такой, который внешне будет трудно отличим от оригинала.

Что это может за собой повлечь? Дешевые светодиоды выполняются в низкотехнологичных условиях и не выдают заявленной мощности. Имеют низкий КПД, от того у них усиленный нагрев корпуса и кристалла. Как уже было сказано, что перегрев – самый злой враг для Led приборов.

Так происходит потому, что при нагревании через полупроводник увеличивается ток, вследствие чего нагрев становится еще сильнее, мощности выделяется еще более, лавинообразно это приводит к пробою или обрыву светодиода.

Если постараться и потратить время на поиск информации, можно определить оригинальность продукции.

Сравните оригинал и подделку cree

LatticeBright – это китайский производитель светодиодов, который делает продукцию очень похожей на Cree, наверное это совпадение дизайнерской мысли (сарказм).

Сравнение китайской копии и оригинала Cree

На подложках эти клоны выглядят следующим образом. Можно заметить разнообразие форм подложек для светодиодов, производимое в китае.

Определение подделки по подложке для LED

Подделки изготавливаются довольно умело, многие продавцы не указывают об этом «бренде» в описании товара и о том, где произведены светодиоды для фонарей. Качество таких диодов не самое худшее среди китайского барахла, но и далеко от оригинала.

Установка светодиода вместо лампы накаливания

У многих в старых вещах пылятся коногонки или фонари на лампе накаливания и вы можете легко сделать его светодиодным. Для этого есть либо готовые решения, либо самодельные.

С помощью разбитой лампочки и светодиодов, если добавить немного смекалки и припоя, можно сделать отличную замену.

Железный бочонок в данном случае нужен для улучшения отвода тепла от LED. Далее нужно припаять все детали друг к другу и закрепить клеем.

При сборке будьте аккуратны – избегайте замыкания выводов, в этом поможет термоклей или термоусадочная трубка. Центральный контакт лампы нужно распаять – образуется отверстие. Продеть через него вывод резистора.

Дальше нужно припаять свободный вывод светодиода к цоколю, а резистора к центральному контакту. Для напряжения 12 вольт нужен резистор 500 Ом, а для напряжения в 5 В – 50-100 Ом, для питания от Li-ion 3.7В аккумулятора – 10-25Ом.

Как сделать из лампы накаливания светодиодную

Подобрать светодиод для фонарика гораздо сложнее чем его заменить. Нужно учитывать массу параметров: от яркости и угла рассеивания, до нагрева корпуса.

Кроме того, нельзя забывать об источнике питания для диодов. Если вы освоите все описанное выше – ваши приборы будут светить долго и качественно!

Понравилась статья? Поделитесь!

svetodiodinfo.ru

Сравнение и характеристики светодиодов Cree XM-L T6, XM-L2, XP-L

По сравнению с галогеновыми, ксеноновыми и лампами накаливания светодиоды Сree обладают целым спектром преимуществ:

  • Имеют более высокий уровень светоотдачи из расчета на каждый ватт энергии.
  • Устойчивы к вибрационному и механическому воздействию.
  • Длительный срок работоспособности.
  • Низкий расход энергии.
  • Миниатюрные габариты и экономичный дизайн.
  • Дают излучение как в теплых, так и в холодных границах спектра, а также свечение разных цветовых оттенков.
  • Дает максимальную отдачу светового потока непосредственно с момента включения, без периода разогрева.
  • Ширина светового луча может варьироваться от 15 до 180 градусов.
  • Использование низкого уровня напряжения во время эксплуатации.
  • Не нагревается в процессе работы.
  • Работают при больших температурных перепадах внешней среды.
  • Количество активаций светодиода не влияет на срок службы диода.

Характеристики Cree XM-L T6, XM-L2, XP-L.

  • Светодиод Cree XM-L T6

Однокристальный диод с высоким КПД. Имеет стандартные для диодов этой серии размеры 5ммх5мм, высота 2,1мм и стандартное посадочное основание. Показатели мощности рабочего тока находятся в пределах от 700 до 3000 Ватт. Имеет высокий уровень светоотдачи порядка 120 люменов на каждый Ватт. Цветовая палитра излучения дает нейтральный и холодный белый свет от 5000 К до 8300 К. Угол рассеивания луча составляет 125°. Уровень рабочего напряжения колеблется в пределах 3 - 10 Вт. При максимальной температуре внешней среды + 15О снижение яркости светового потока составляет не более 15 - 20%.Xml T6 — весьма удачный по характеристикам экземпляр. Однако, довольно дорогой. Он подойдет тем, кто выбирает фирменное качество и ценит товар в том числе за бренд.

  • Светодиод Cree XM-L2

Твердотельный мощный диод нового поколения. Используется при производстве мощных аккумуляторных и ручных фонарей, велосипедных фар. Отличается от базовой модели XM-L серебристым цветом подложки. Имеет аналогичные исходнику размеры 5х5 мм и форму посадочного основания. Технологический отбор производится при температурном показателе переходности 85°C, это облегчает проверку характеристик прибора в процессе эксплуатации. Цветовая палитра излучения дает нейтральный и холодный белый свет от 2700 К до 8300 К. Коэффициент полезного действия по сравнению с исходной моделью увеличен на 15 - 20 %. Светодиод дает более выраженную интенсивность светового луча при меньшем теплоотведении. Светоотдача при базовых показателях тока 700 мА составляет 150 лм/Вт. Предельный показатель рабочего тока 3 А. По сравнению с базовой моделью xm-l яркость исходящего потока света этой модели была увеличена на 20%. Но при этом уменьшен теплоотвод. Что позволяет фирмам, производящим осветительное оборудование создавать меньшие по объему, но более яркие фонари. 

  • Светодиод Cree XP-L

Модель XP-L отличается, по сравнению с диодами этой серии, минимальными размерами 3,45х3,45 мм при высоте 1 мм. При этом несомненным достоинством является высокая мощность - до 10 Вт. Линза светодиода XP-L практически аналогична XM-L, единственное отличие - усеченные боковые грани оптического элемента. Оптическая ось совместима с геометрическим центром корпуса, что значительно упрощает конструкцию вторичной оптической системы и обеспечивает их максимальную совместимость. Угол светового потока равен 125°. Посадочная площадка аналогична моделям XT-E и XP-G, что обеспечивает их взаимозаменяемость. Светодиод XP-L активно используется при производстве мощных фонарей такими брендами, как UltraFire, Police, Bailong, Nitercore, Olight, Imalent. Этот диод - весьма интересная новинка. Миниатюрные размеры при высокой производительности – его главная особенность. Может быть собран в довольно обширные матрицы.

 

              Подведём итоги:

Из сравнения характеристик этих светодиодов мы можем отметить, что светодиод XM-L T6 является сейчас наиболее массовым диодом, с хорошими показателями светоотдачи к ватту и отличным соотношению цены и качества. Светодиод XM-L2 уже более новое поколение, имеет такие же физические размеры на подложке, как и XM-L, при этом яркость исходящего потока света удалось увеличить на 20% еще и уменьшив его нагрев.Серия светодиодов XPL - это самая лучшая разработка компании Cree на данное время. Диод серии XPL даже визуально можно отличить от прошлых серий, это самый миниатюрный диод в своем классе, высокая плотность кристала позволяет повысить светоотдачу. Во всех температурных режимах он демонстрирует лучшую эффективность в сравнении с поколением диодов XM-L2 до 7.5% и лучше справляется с высокими температурами.Безусловно можно сказать, что за этим диодом, сочетающим минималистичный размер, большую мощность и высочайщую светоотдачу, будущее компании Cree.

 

Характеристики: XM-L XM-LT6 XM-L2  XP-L

 

Номинальный световой поток (Люмен)

 

164-300

 

290

 

200-320

 

200-420

 

Мощность (Вт)

 

2

 

2

 

2

 

2.2

 

Рабочая температура (градусов)

 

От - 40 до + 85

 

От - 40 до + 150

 

От - 40 до + 90

 

От - 40 до + 120

 

Сила номинального тока (мА)

 

700

 

700

 

700

 

1050

Светоотдача на примере отдельных бинов диода

XM-L U2  (300 лм на токе 700 мА)

XM-L T6  (290 лм на токе 700 мА)

XM-L2 U2 (320 лм на токе 700 мА)

XP-L V2     (420 лм на токе 1050 мА)

 

Размеры  (мм)

 

5 x 5

 

5 x 5

 

5 x 5

 

3,45 х 3,45

 

Угол светового потока (градусов)

 

до 125

 

до 125

 

до 125

 

до 125

 

Индекс цветопередачи (Ra)

 

70 - 90

 

70 - 90

 

70 - 90

 

70 - 90

Популярные фото фонарей на диодах Cree вы можете купить в нашем магазине (фотографии кликабельны)

Представленные у нас светодиодные фонари имеют различные типы светодиодов, различного ценового сегмента, Вы можете ознакомиться с ними перейдя по ссылке.

underbuy.ru

рекомендации как купить светодиоды (мощные и сверхяркие)

Компания CREE, Inc. — признанный лидер на мировом рынке сверхъярких светодиодов и полупроводниковых систем повышенной мощности. Светодиоды cree — результат активных исследований и инновационных разработок в области производства кристаллических полупроводниковых материалов на основе карбида кремния (SiC) и нитрида галия (GaN).

Светодиодная продукция компании CREE Inc

Светодиодная продукция под торговой маркой cree делится на два класса: мощные светодиоды и сверхъяркие, каждый из которых представлен несколькими семействами и сериями светодиодов, которые отличаются по варианту исполнения, форме, размеру, типу кристалла, особенностям монтажа и другим параметрам.

1. Мощные светодиоды cree: класс XLamp

Мощные светодиоды XLamp выпускаются  в трех основных разновидностях: семейства XR, XP и MC и предназначены для освещения жилых и промышленных объектов, ландшафтной, архитектурной и рекламной подсветки, уличного освещения.

Светодиодная продукция XLamp производится на основе двух типов кристаллов:

  • C – светодиоды на базе малогабаритных кристаллов, рассчитанные на небольшую силу тока (серии XR-C, XP-C) ;
  • Е – новая разработка полупроводниковых кристаллов, которые характеризуются более высокими показателями светоотдачи, силы тока и увеличенными размерами (серии XR-E, XP-E).
  1. Светодиоды семейства XRПри одинаковой силе тока светодиоды серии XR-E имеют более высокие показатели светоотдачи и эффективности по сравнению с серией XR-C, а также широкий диапазон рабочей силы тока (до 700-1000 мА).
  2. Тем не менее, в некоторых случаях целесообразнее купить светодиоды cree серии XR-C. Если сравнивать два прибора из серий  XR-E  и XR-C с одинаковой интенсивностью излучения цена на светодиоды XR-C будет ниже. Также продукцию этой серии выгодно приобретать, когда требуется излучение красно-желтого спектра или предусматривается использование прибора при относительно низкой величине силы тока (до 350-500 мА).
  3. Светодиоды семейства XPСветодиодные осветительные приборы семейства XP выпускаются в двух вариациях: серии XP-C и XP-E, которые отличаются типом используемого кристалла, углом и цветом свечения, максимальному рабочему току и тепловому сопротивлению.
  4. Светодиоды XP превосходят семейство XR по показателям эффективности и интенсивности светового потока. Серия XP-E не имеет аналогов по интенсивности свечения в условиях низкой силы тока (114 лм  при токе 350 мА). Электрические характеристики приборов XP и XR отличаются незначительно.
  5. Светодиоды семейства MCОптимальный вариант, когда требуется одновременно мощный и компактный источник света. Серия MC-E – светодиоды с рекордно низким показателем теплового сопротивления (3°С/Вт). Комбинация сразу четырех кристаллов типа E в одном корпусе и всего одной линзы позволяет добиваться высоких электрических и светотехнических показателей при впечатляющих показателях экономической эффективности. Так, установка одного прибора MC-E вместо четырех светодиодов XR-E дает до 30 % экономии.

Все светодиоды  XLamp имеют изолированный теплоотвод, а значит, могут устанавливаться на радиатор без использования дополнительных средств теплоизоляции.

2. Сверхъяркие светодиоды cree: класс High-Brightness

Сверхъяркие светодиоды обладают повышенной яркостью светового потока и способны работать на небольших токах (несколько десятков мА). Поскольку рассеиваемая мощность таких кристаллов незначительная, для их производства используются стандартные типовые корпусы без встроенной системы теплоотвода.Сверхъяркие светодиоды cree представлены семействами STD (серии 374, 503, 512, 513, 534, 535, 566, 4SM и 5SM),  P4 (серии P41, P42 и P43) и PLCC (серии LM1, LM2, LM3, LM4, LA1, LA2, LV1, LN6, LP6).

greenvolt.ru

Многообещающая новинка от Cree – светодиод серии XP-L

Игорь Елисеев (г. Москва)

Однокристальный светодиод компании Cree серии XP-L – мощный (10 Вт), но, пожалуй, самый миниатюрный в своем классе. Светодиод выполнен в том же форм-факторе, что и приборы других популярных серий – XT-E и XP-G, что позволяет без проблем применить светодиоды XP-L в изделиях, разработанных для других серий. Высокая плотность излучения позволяет повысить светоотдачу, при этом уменьшив размер и стоимость конечного изделия.

Сейчас ни у кого не вызывает сомнений, что на данном этапе развития технологий единственной альтернативой традиционным источникам света является мощный осветительный светодиод. Современные светодиоды, используемые в осветительных приборах, по основным техническим и эксплуатационным характеристикам заведомо превосходят большинство широко применяемых в настоящее время источников света, таких как лампы накаливания, галогенные, ртутные лампы высокого и низкого давления, люминесцентные и металлогалогенные лампы. И хотя светодиоды все еще несколько уступают по световой отдаче лучшим образцам натриевых ламп, применяемых, главным образом, в уличном освещении, они значительно лучше последних по индексу цветопередачи и сроку службы.

Фактор длительности срока службы приобретает особо важное значение именно в области уличного освещения, где стоимость обслуживания (замена вышедших из строя источников света) весьма высока, особенно в условиях магистралей федерального значения. Поэтому здесь, даже с учетом более высокой светоотдачи натриевых источников света, переход на светодиодное освещение может привести к значительной экономии средств и ресурсов благодаря увеличению (примерно в 3…5 раз) интервала обслуживания и, соответственно, сокращению расходов на эксплуатацию, содержание обслуживающего персонала и парка специальной техники. Кроме того, говоря о превосходстве натриевых ламп в сравнении со светодиодами в плане светоотдачи, следует уточнить, что речь в данном случае идет в основном о натриевых лампах низкого давления (НЛНД), имеющих достаточно ограниченное применение. Эти лампы действительно характеризуются высокими значениями световой отдачи, достигающей у лучших образцов величин порядка 200 лм/Вт. Но в то же время этим лампам свойственен целый ряд недостатков, а именно: очень плохая цветопередача (индекс цветопередачи меньше 20), большие пульсации светового потока (до 100%), длительное время выхода на полную мощность (10…15 минут), большие габариты (18-ваттная лампа имеет длину более 200 мм, а 185-ваттная – больше метра), сильная зависимость от температуры окружающей среды и многое другое. Так что говорить о «преимуществах» данных ламп в сравнении со светодиодными можно лишь с большой натяжкой. Тем более, что теоретический предел эффективности в 200 лм/Вт уже преодолен светодиодами (в том числе и тем, о котором пойдет речь ниже). Правда, подобная светоотдача достижима только на достаточно малых токах (10% от максимального и менее), что, конечно же, не соответствует оптимальному режиму работы. Тем не менее, в целом можно сделать вывод, что достойной альтернативы светодиоду, как источнику света, в настоящее время не существует. Перед современным разработчиком осветительного оборудования при выборе источника света может стоять только один вопрос – какой именно светодиод применить в изделии. Если речь идет о достаточно мощном осветительном приборе, таком, как уличный светильник, то наиболее оптимальным вариантом будет выбор в пользу нового осветительного светодиода компании Cree серии XP-L – очень мощного, но, при этом, пожалуй, самого маленького в своем классе.

Конструкция и размеры

Размер нового светодиода 3.45х3.45 мм – стандартный типоразмер светодиодов производства компании Cree. В этом факте не было бы ничего примечательного, если бы не одно обстоятельство – мощность этой «крошки» достигает 10 Вт! До выхода этого прибора самыми маленькими представителями класса 10-ваттников были светодиоды семейства XM-L размера 5х5 мм (более чем в два раза превосходящие XP-L по площади).

Это не первый прибор в линейке однокристальных светодиодов Cree, имеющий такую высокую плотность излучения с единицы площади. В эту группу также входят трехваттный XQ-E размером 1.6х1.6 мм и пятиваттный XB-H (2.45х2.45 мм). Сама группа, в терминологии Cree, носит название High-Density LEDs (HD LEDs), что можно перевести как «Светодиоды Высокой Плотности (упаковки или излучения)». Повышение плотности излучения – новая тенденция в производстве осветительных светодиодов, которой Cree уделяет повышенное внимание. Для количественной оценки степени плотности излучения Cree использует параметр Optical Control Factor (OCF), который равен отношению величины светового потока в люменах к площади, занимаемой светодиодом (в мм²). Светодиоды Cree класса HD LEDs имеют самое высокое значение OCF в отрасли. Параметр OCF позволяет оценить степень использования светового потока в приложениях: чем больше значение этого параметра, тем более эффективным будет распределение света при освещении целевого объекта с использованием вторичной оптики. Другими словами, параметр OCF определяет, насколько качественно можно управлять световым потоком светодиода при помощи внешних оптических элементов. Светодиоды с высоким OCF позволяют производителям осветительных приборов повысить светоотдачу своих изделий, создавать светильники меньшего размера и меньшей стоимости.

Рис. 1. Светодиод серии XP-L

Внешний вид светодиода серии XP-L приведен на рисунке 1. Светодиод выполнен в том же форм-факторе, что и приборы других популярных серий, таких как XT-E и XP-G. Размеры корпуса в основании такие же – 3.45х3.45 мм, а высота немного больше – 2.68 мм (для сравнения, у XT-E – 2.36 мм). Большая высота обусловлена увеличенным размером линзы, радиус которой составляет 1.95 мм, в то время как у XT-E – 1.53 мм. Увеличение размера оптики, по всей видимости, связано со стремлением получить те же оптические характеристики, что и у представителей аналогичного класса по мощности – семейства XM-L. Действительно, линзы светодиодов XP-L и XM-L очень близки по размерам, а углы излучения в точности совпадают и равны 125° (в то время как у XT-E угол излучения равен 115°). Чтобы вписать оптику такого размера в габариты прибора (диаметр линзы получается 3.9 мм, а сторона основания имеет размер 3.45 мм), конструкторы произвели усечение боковых сторон линзы по периметру основания, что придало светодиоду характерный вид. Это единственная конструктивная особенность светодиодов XP-L, отличающая их от «собратьев» – серий XT-E и XP-G. Все остальные геометрические характеристики изделия точно такие же, в том числе размер и форма контактных площадок, что позволяет без проблем применить светодиоды XP-L в изделиях, разработанных для XT-E или XP-G, без внесения каких-либо изменений в конструкцию и без переразводки печатной платы. Чертеж светодиода серии XP-L приведен на рисунке 2.

Рис. 2. Габаритный чертеж светодиода серии XP-L

Технические параметры и бининг

Как уже отмечалось выше, этот малогабаритный прибор в форм-факторе XT-E не уступает по характеристикам представителям семейства XM-L. Как и XM-L, светодиоды серии XP-L могут работать на токах до 3000 мА, рассеивая мощность до 10 Вт.

Сортировка приборов по параметрам (бининг) производится по ставшей уже стандартом схеме – в «горячем» режиме, то есть при температуре перехода 85°C. Ток, на котором осуществляется бининг, выбран несколько необычной величины, а именно 1050 мА, хотя ранее все приборы подобного класса (в том числе и XM-L) биновались на токе 700 мА. Очевидно, в этом есть своя логика – конечно же, измерение параметров лучше всего проводить в условиях, максимально приближенных к «боевым», а величина 1050 мА, несомненно, ближе к реальным рабочим значениям, чем 700 мА.

Из-за того, что бининг этих приборов производится на нестандартном токе, компания Cree создала для серии XP-L собственные группы по световому потоку (таблица 1). Согласно таблице, верхний бин для светодиодов XP-L – это V6 (480…500 лм). Однако в настоящее время приборы с этим бином еще серийно не выпускаются, для потребителей доступны светодиоды только с предыдущим бином V5 (460…480 лм).

Таблица 1. Группы по световому потоку светодиодов серии XP-L

Код группы Минимальный световой поток,If = 1050 мА, Tj = 85°С, лм Максимальный световой поток,If = 1050 мА, Tj = 85°С, лм
Т5 260 280
Т6 280 300
U2 300 320
U3 320 340
U4 340 360
U5 360 380
U6 380 400
V2 400 420
V3 420 440
V4 440 460
V5 460 480
V6 480 500

В соответствии с измеренными спектральными характеристиками Cree группирует (бинует) светодиоды XP-L по двум параметрам – по диапазону цветовых температур и по индексу цветопередачи (CRI). Таким образом, каждая группа по цветности содержит подгруппы по CRI. Сортировка по цветовым температурам производится в соответствии со стандартом ANSI, но при этом Cree придерживается собственной системы объединения в группы по цветности, в связи с чем границы групп, принятые в Cree, в общем случае могут не совпадать со стандартными диапазонами ANSI. Согласно классификации Cree, можно выделить четыре типа бинов по цветности, а именно: бины типа E, F, Z и 5х. Бины E-типа полностью соответствуют границам ANSI-бинов. На рисунке 3 показано расположение E-бинов на хроматической диаграмме для диапазона холодного белого, а на рисунке 4 – для диапазонов нейтрального и теплого белого света.

Рис. 3. Бины типа E в диапазоне холодного белого света

Бины типа F охватывают смежные области двух соседних ANSI-диапазонов. Краями F-области служат центральные линии смежных ANSI-областей, а центр располагается на границе между этими областями. Таким образом, F-бин «забирает» по половинке от двух соседних ANSI-бинов. Бины типа F представлены только в диапазонах нейтрального и теплого белого света. Расположение F-областей на хроматической диаграмме показано на рисунке 5.

Рис. 4. Бины типа E в диапазоне нейтрального и теплого белого света

Рис. 5. Бины типа F в диапазоне нейтрального и теплого белого света

Рис. 6. Бины типа Z в диапазоне нейтрального и теплого белого света

В группу бинов под общим названием 5х включены три типа бинов, а именно: тип 50, тип 51 и тип 53. Общей характеристикой этих типов является то, что все они расположены в области холодного белого и охватывают несколько областей ANSI. Область бина 50 объединяет два смежных диапазона ANSI на 6500 и 5700 К (рисунок 7).Что касается Z-бинов, то их области расположены точно внутри ANSI-диапазонов. Но в отличие от бинов типа E они охватывают только центральные области этих диапазонов, то есть четыре центральных подбина каждого диапазона. Расположение Z-областей на хроматической диаграмме показано на рисунке 6. Этих областей всего четыре, они располагаются внутри ANSI-диапазонов на 4000, 3500, 3000 и 2700 К. Размеры Z-областей примерно равны четырехшаговым эллипсам Мак-Адама. На практике это означает, что различия в оттенках цвета внутри Z-области будут едва заметны.

Рис. 7. Область бина 50 в диапазоне холодного белого света

Бины 51 и 53 отличаются тем, что в них включены области, выходящие за стандартные границы диапазонов ANSI. Бин 51 охватывает обширную область 5000…8000 К. В эту область включены 2.5 диапазона ANSI, а также область «нулевых» бинов (область, расположенная на хроматической диаграмме слева от ANSI-диапазона на 6500 К, обозначения подбинов в которой начинаются с цифры 0) и группы подбинов, расположенные на диаграмме выше и ниже областей ANSI. Бин 53 немного уже, он также охватывает 2.5 диапазона ANSI, но без захода в область «нулевых» бинов. Расположение областей бинов 51 и 53 показаны на рисунке 8. Очевидно, что светодиоды с бинами 5х отличаются очень большим разбросом цветовых характеристик. Что касается бинов 51 и 53, то они, кроме всего прочего, включают в себя области, расположенные вне границ ANSI-диапазона. Цвет свечения светодиодов, чьи хроматические координаты попадают в эти области, будет заметно отличаться от белого. Так, например, область выше диапазона ANSI (подбины с суффиксами S и T) будет характеризоваться заметным зеленоватым оттенком, а область ниже (подбины с суффиксами R и U) – розовым. В связи с этим светодиоды с бинами 5х могут применяться только в тех областях, где качество света не имеет значения.

Рис. 8. Области бинов 51 и 53 в диапазоне холодного белого света

Как уже отмечалось выше, светодиоды XP-L объединяются в группы не только по цветовой температуре, но и по индексу цветопередачи (CRI). Всего имеется семь групп по CRI. Причем три из них формируются по принципу типового индекса цветопередачи, а остальные четыре – по принципу минимального CRI. В таблице 2 приведены сводные данные соответствия групп по CRI бинам по цветности.

Таблица 2. Бины по цветности и соответствующие им группы по CRI

Бинпо цветности Группа по индексу цветопередачи (CRI)
65 типовой 70 минимальный 75 типовой 80 типовой 80 минимальный 85 минимальный 90 минимальный
50, 51, 53, E1, E2 +
E3 + +
F4 + +
E4 + +
F5 + +
E5 + + +
Z5 + + +
F6 + +
E6 + +
Z6 + +
F7 + +
E7 + + + +
Z7 + + + +
F8 + + + +
E8 + + + +
Z8 + + + +

 

Все это многообразие групп и бинов находит свое отражение в названиях светодиодов. По названию позиции можно точно определить, к каким группам по яркости, цветности и индексу цветопередачи она относится. Общая структура названия светодиодов серии XP-L приведена на рисунке 9.

Рис. 9. Структура названия светодиодов серии XP-L

Название светодиодов серии XP-L формируется следующим образом. В начале всегда идет общее обозначение серии – XPLAWT. За ним следует группа из девяти нулей, разделенных дефисами – эти символы зарезервированы под внутренние коды производителя и в настоящий момент не используются. Далее следует один символ (обозначенный на схеме буквой R), который представляет собой кодированное обозначение группы по индексу цветопередачи. Здесь цифра 0 соответствует индексу цветопередачи для «холодных» бинов – 65 тип., буква B обозначает CRI 70 мин., буква L соответствует группе 75 тип. для нейтрального белого и 80 тип. для теплого, H – это 80 мин., P – 85 мин., U – 90 мин. За кодом группы по индексу цветопередачи следуют 2 символа кода группы по световому потоку. Коды этих групп перечислены в таблице 1. Последняя группа символов (обозначенная буквами CCC на схеме) – это кодированное обозначение группы по цветности. Первый символ этой группы – всегда цифра 0, а оставшиеся два – это код бина по цветности.

Из всех технических характеристик прибора основное внимание следует обратить на две – это прямое падение напряжения и тепловое сопротивление. Первая величина (прямое напряжение) отличается достаточно низким значением по сравнению с другими сериями светодиодов – типовое значение не превышает 3 В, причем на токе больше 1 А. При такой низкой величине прямого падения напряжения светодиод XP-L должен иметь очень хорошие показатели эффективности (что на самом деле соответствует действительности, как будет показано ниже). Второй параметр (тепловое сопротивление «переход-корпус») также отличается очень низкой величиной, что вызывает некоторое удивление, если учесть размеры корпуса. При этом значение данного показателя точно такое же, как и у светодиода XM-L (2.5°C/Вт), корпус которого в два раза, а площадка теплоотвода – в три раза больше по площади по сравнению с аналогичными поверхностями светодиода XP-L. Для сравнения: аналогичный по размерам светодиод серии XT-E имеет в два раза большее по величине значение теплового сопротивления, а именно 5°C/Вт. Исходя из этого, можно сделать два вывода. Первый: светодиод XP-L можно смело использовать вместо XM-L, не меняя при этом параметров охлаждающей системы. Второй: если использовать светодиод XP-L как прямую замену XT-E, то на тех же значениях рабочих токов и при тех же параметрах системы охлаждения эффективность осветительного прибора (светоотдача) вырастет за счет снижения потерь на нагревание. Если, к примеру, светодиод XT-E работал в четырехваттном режиме, то при замене его на XP-L температура перехода последнего при прочих равных условиях будет на 10°C ниже (так как на каждом ватте экономится 2.5°C). Светодиод XP-L – более эффективный прибор по сравнению с XT-E, а с учетом добавки по эффективности за счет снижения температуры кристалла при тех же условиях эксплуатации его светоотдача возрастает еще больше, что в результате дает увеличение общей световой отдачи осветительного прибора (при прямой замене XT-E на XP-L) более чем в 1.5 раза.

Сравнительные характеристики

Такое событие, как выход новых светодиодов, всегда вызывает повышенный интерес со стороны разработчиков осветительных приборов. Этот интерес вызван, прежде всего, потенциальной возможностью использования новых изделий в своих разработках.

Чтобы оценить перспективы перехода на новый светодиод, необходимо сравнить его с теми приборами, что ранее использовались или планировались к использованию в осветительных системах. Это сравнение должно дать ответ на главный вопрос – поможет ли данный переход существенно улучшить параметры осветительного прибора или же игра не стоит свеч.

Что касается светодиодов серии XP-L, то они могут служить потенциальной заменой для приборов двух наиболее популярных в настоящее время серий – XM-L2 и XT-E. С XM-L2 его связывает сходство основных технических характеристик, а с XT-E – совместимость по корпусу.

Светодиод серии XM-L2 до сих пор считался самым эффективным прибором своего класса. Посмотрим, сможет ли новый XP-L соперничать с ним по эффективности. Сравним показатели эффективности этих двух приборов в диапазоне рабочих токов при различных температурных режимах. И здесь, и далее для расчетов будет использоваться on-line-инструмент компании Cree – PCT-калькулятор, доступный по адресу http://pct.cree.com. Для сравнения выберем позиции с самыми верхними бинами по световому потоку. Для светодиода серии XP-L это будет бин V5 (460 лм на токе 1050 мА), а для XM-L2 – бин U2 (300 лм на токе 700 мА). Исследования проведем для трех температурных режимов – при температурах перехода 55°С, 85°С и 115°С в диапазоне рабочих токов 400…3000 мА. Результаты исследования приведены на рисунке 10.

Рис. 10. Зависимость светоотдачи от рабочего тока для светодиодов серий XP-L и XM-L2 при различных температурах перехода

Полученные результаты однозначно свидетельствуют в пользу светодиода XP-L. Во всем диапазоне рабочих токов и при всех заданных температурах перехода XP-L демонстрирует лучшую эффективность, чем XM-L2. В начале диапазона (на токе 400 мА) при температуре перехода 55°С эффективность XP-L выше на 6.4%, при температуре 85°С – выше на 6,9%, и при 115°С – на 7.5%. В конце диапазона (на 3000 мА) соотношения следующие: при 55°С превышение составляет 3.3%, при 85°С – 3.9%, при 115°С – 4.3%. Эти данные также свидетельствуют о том, что XP-L лучше справляется с повышением температуры, нежели XM-L2 – еще один плюс в пользу новинки. Для получения усредненной оценочной величины учтем, что светодиоды обычно эксплуатируют на токе порядка 70% от максимального (в данном случае это будет 2100 мА), и допустим, что типичная температура перехода равна 85°С. В этом режиме разница в световой отдаче между XP-L и XM-L2 составит 5.6%. Если же сравнить эти светодиоды по величине светового потока в данном режиме работы, то разница станет еще более заметной – 6.5% в пользу XP-L (его световой поток составит 804.5 лм, а у XM-L2 – 755.7 лм).

Теперь посмотрим, какие результаты получатся при сравнении со светодиодом серии XT-E. Как и в предыдущем случае, сравнение будем проводить со светодиодом из группы с максимальным световым потоком (для XT-E это группа R5 – 139 лм на токе 350 мА) при тех же температурах перехода – 55°С, 85°С и 115°С. Однако, учитывая, что максимальный рабочий ток для светодиодов серии XT-E составляет 1500 мА, диапазон значений тока будет ограничен этой величиной. Результаты исследования приведены на рисунке 11.

Рис. 11. Зависимость светоотдачи от рабочего тока для светодиодов серий XP-L и XT-E при различных температурах перехода

Полученные графики наглядно демонстрируют, насколько велика разница в эффективности светодиодов XT-E и XP-L. Здесь речь уже идет не о единицах процентов, как в случае с XM-L2. На краю диапазона (на токе 1500 мА) XP-L превосходит по эффективности светодиод XT-E в 1.6 раза (при всех температурах перехода). Примерно такое же соотношение дает сравнение по световому потоку при равных условиях эксплуатации. Если же сравнить характеристики этих двух приборов на предельных режимах (каждый на своем максимальном рабочем токе), то окажется, что по световому потоку один XP-L заменяет примерно 2.5 светодиода XT-E, потребляя при этом на 20% меньше энергии.

Можно было бы исследовать еще целый ряд светодиодов, выполненных в том же корпусе (а это – все многочисленное семейство XP), но большого смысла в этом нет. Предварительный анализ с помощью PCT-калькулятора показывает, что результаты будут примерно похожи на те, что получены при сравнении с XT-E. В том числе это справедливо и для новых представителей семейства XP, светодиодов второго поколения – XP-E2 и XP-G2.

Вообще, во всей линейке мощных светодиодов Cree нашлось только две позиции, которые могут соперничать с XP-L по характеристикам. Первая – это уже исследованный нами светодиод XM-L2, а вторая – это многокристальный MT-G2. Тем не менее, оба конкурента, хоть и немного, но все же проигрывают XP-L в плане светоотдачи.

 

Заключение

Подводя итог вышесказанному, можно с уверенностью назвать новый прибор – светодиод серии XP-L – самой удачной разработкой компании Cree за последнее время. Сочетание популярного корпуса XT-E с силой XM-L дает мощный синергетический эффект. Теперь, чтобы увеличить светоотдачу и/или световой поток осветительного прибора, разработчику достаточно просто заменить применявшиеся ранее светодиоды типа XP/XT на XP-L. При этом полностью исключается такой трудоемкий и затратный этап любой разработки, как проектирование новой печатной платы – посадочные места под новые приборы точно такие же, как у всех остальных светодиодов семейства XP/XT.

Новые приборы, как показали исследования, могут также служить полноценной заменой для светодиодов серии XM-L2. Но это касается в первую очередь только новых разработок. Новые изделия, безусловно, надо сразу проектировать под использование XP-L. А что касается уже существующих разработок, то, очевидно, нет смысла заниматься радикальной переработкой конструкции (с заменой печатной платы и, возможно, оптики) для увеличения светоотдачи на несколько процентов.

Если говорить о возможных областях применения новых светодиодов, то здесь практически нет ограничений. Благодаря развитой системе бининга по цветовой температуре и индексу цветопередачи, разработанной компанией Cree, всегда можно подобрать светодиод с нужными характеристиками для того или иного приложения. Для приложений, где качество света не имеет большого значения (освещение улиц, парковок, заправок, складских территорий и т.д.) прекрасно подойдут светодиоды с бинами группы 5х: они обладают максимальной светоотдачей и при этом – минимальной стоимостью. Там, где нужен более качественный свет (к примеру, для освещения офисов, производственных помещений или для архитектурной подсветки), можно применить светодиоды с бинами E- или F-типа, причем в этом случае можно подобрать нужную цветовую температуру с достаточно высокой точностью благодаря небольшому шагу между бинами (в областях теплого и нейтрального света шаг между бинами E и F составляет 150…250 К). Если речь идет о кластерных системах, где важно обеспечить высокое соответствие по цветовой температуре внутри группы, то прекрасным решением будет выбор светодиодов с Z-бинами. А везде, где крайне важно различать естественные цвета, подойдут светодиоды с высоким индексом цветопередачи.

Можно с большой долей уверенности утверждать, что аналогов такому светодиоду как XP-L, сочетающему большую мощность с высокой светоотдачей в малом форм-факторе и обладающему столь обширным набором опций, в мире не существует (по крайней мере, автору такие не встречались). Несомненно, этот уникальный прибор будет по достоинству оценен разработчиками и производителями осветительного оборудования, позволит им создавать светильники, отвечающие всем современным требованиям и удовлетворяющие потребности потребителей.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

Метки: CREE, LED, НЭ, Публикации, светодиодное освещение, Светотехника

О компании Cree

Компания Cree Inc. является мировым лидером в производстве полупроводниковых кристаллов из карбида кремния (SiC) и приборов на их основе. Полевые транзисторы, диоды и другие полупроводниковые приборы на основе карбида кремния обладают рядом преимуществ по сравнению с аналогичными кремниевыми приборами. Среди них - рабочая температура кристалла до 600°С, высокое быстродействие, радиационная стойкость. В настоящее время Cree производит высоковольтные SiC диоды Шотки с напряжением 300...1200В и ...читать далее

www.compel.ru

Светодиоды CREE XHP – 1500 люмен от одного кристалла

Новые мощные светодиоды компании Cree серии XHP с рекордными показателями светимости позволяют обойтись тремя (или даже одним – в пиковом режиме) светодиодами в промышленном светильнике со световым потоком около 1000 лм. Предыдущим рекорсдменам для этого требовалось четыре (серия XM-L, 2011 год) и девять (серия XR-E, 2008 год) светодиодов, соответственно.

Многочисленные преимущества светодиодных светильников по сравнению со светильниками на основе традиционных ламп накаливания, осознаны потребителями и востребованы рынком. При этом светодиодные светильники все еще проигрывают в цене устаревшим технологиям освещения, и проблема оптимизации себестоимости решений актуальна практически для всех игроков рынка.

Наиболее очевидный путь снижения стоимости – поиск более дешевых аналогов для каждого компонента – часто приводит производителей к снижению качества продукта в целом. При этом, как показано в публикациях [1] и [2], даже «бесплатные” светодиоды 0,5 Вт и 0,2 Вт в стандартных корпусах 5630 и 3535 не решают задачу радикального снижения стоимости светильников для таких применений как уличное и промышленное освещение.

Альтернативным подходом к решению задачи по снижению стоимости и улучшению потребительских качеств светильников, который предлагает компания Cree, является применение светодиодов сверхвысокой мощности, которые позволяют изменить конструкцию светильников и существенно уменьшить не только количество светодиодов, но и размеры, и стоимость других компонентов (радиатор, вторичная оптика, печатная плата).

Рис. 1. Светодиоды XHP

В рамках этой концепции компания Cree вводит в ассортимент продукты новой технологической платформы SC5 [3] – серии XHP35, XHP50 и XHP70 [4]. Внешний вид новых моделей показан на рисунке 1. Обозначения новых светодиодов отличаются от традиционного для компании подхода, используемого в семействах предыдущих поколений (XP-G2, XM-L2 и так далее). Аббревиатура XHP (Extreme High Power) подчеркивает принадлежность этой платформы к принципиально новому классу светодиодов, который отличается рекордными для индустрии показателями мощности, светимости (OCF – Optical Control Factor, [5]) и надежности при работе при высоких температурах и мощностях. Цифровой код после названия семейства в наименовании новых светодиодов обозначает размер корпуса (XHP35 – 3,45×3,45 мм, XHP50 – 5,0×5,0 мм, XHP70 – 7,0×7,0 мм). Таким образом, новые светодиоды фактически используют размеры существующих популярных серий XP-G2/XT-E/XP-L (XHP35), XM-L2 (XHP50) и MK-R (XHP70), обеспечивая более чем двукратное увеличение светового потока по сравнению с предшественниками при совместимости с существующим ассортиментом стандартных печатных плат и оптики. На рисунке 2 показан модельный ряд семейства XHP, его совместимость с продуктами предыдущих поколений и примерный диапазон светового потока для одного светодиода.

Рис. 2. Модельный ряд семейства XHP, его совместимость с продуктами предыдущих поколений и примерный диапазон светового потока для одного светодиода

На рисунке 3 показаны параметры светодиодов XHP35. Важно отметить, что у XHP35 есть два варианта конструкции, являющиеся, фактически, разными сериями:

  • XHP35 HD (High Density) – стандартное исполнение с куполообразной линзой, оптимизирован для получения максимального светового потока;
  • XHP35 HI (High Intensity) – версия без стандартной куполообразной линзы, обеспечивающая лучшую силу света при работе со вторичной оптикой в применениях, требующих узкой однонаправленной КСС.

Рис. 3. Основные параметры светодиодов и доступные для заказа комбинации ССТ/CRI серии XHP35

Серия XHP35 HD унаследовала размеры и форму линзы у предыдущего рекордсмена в форм-факторе XP/”3535” – серии XP-L. При этом XHP35 имеет ряд уникальных свойств, позволяющих отнести эту серию к классу XHP, а именно:

  • уровень достижимого светового потока со светодиода превышает 1000 лм;
  • светодиод использует инновационную архитектуру монолитного кристалла с четырьмя активными областями, который имеет типовое падение напряжения 11…12 В, что позволяет использовать большой ассортимент драйверов со стандартными токами на 350…1050 мА;
  • впервые в дискретном светодиоде такого размера применена технология Easy White, обеспечивающая отличную повторяемость света до трех шагов Мак-Адама, а также опции высокого CRI 90 во всем диапазоне КЦТ.

На рисунке 4 показано сравнение оптических параметров светодиодов XHP35 версий HD и HI и светодиодов предыдущего поколения – XP-G2, XP-L.

Рис. 4. Сравнение оптических параметров светодиодов XHP35 версий HD и HI и светодиодов предыдущего поколения – XP-G2, XP-L: а) XLamp XP-G2; б) XLamp XP-L High Density; в) XLamp XP-L High Intensity; г) XLamp XHP35 High Density; д) XLamp XHP35 High Intensity

Видно, что светодиод XHP35 определяет принципиально новый уровень светового потока для светодиодов в корпусе 3535 (до 1528 лм), при этом важным преимуществом по сравнению с многокристальными решениями является то, что источник света у этого светодиода компактный и монолитный. Отсутствие зазоров между кристаллами делает этот светодиод более привлекательным для прецизионных оптических задач, по сравнению со старшими четырехкристальными моделями платформы XHP50 и XHP70, которые в некоторых применениях приводят к появлению искажений/артефактов КСС.

Как было отмечено выше, светодиод XHP35 – это не только самый производительный светодиод формата 3535, но и первый в индустрии однокристальный светодиод, в котором применена технология EasyWhite, обычно доступная только для многокристальных светодиодов, например, светодиодных матриц. Технология EasyWhite позволяет получать качественный продукт с отличной повторяемостью цвета, используя при заказе светодиодов только нужную цветовую температуру и допустимый разброс цветовых координат (пять или три шага Мак-Адама). При этом производитель гарантирует повторяемость цвета в соответствии с заданными условиями в любой поставке как внутри одной упаковки, так и между светодиодами из различных партий, вне зависимости от даты заказа. В качестве примера на рисунке 5 показаны доступные на момент написания статьи опции заказа светодиодов XHP35.

Рис. 5. Опции заказа светодиодов XHP35

В качестве демонстрации возможного сценария применения светодиодов XHP35 для снижения стоимости решения, рассмотрим расчет уличного светильника со световым потоком 10000 лм (условный аналог РКУ с лампой ДНАТ-150 или ЖКУ с лампой ДРЛ-250). Варианты решения этой задачи приведены в таблице 1.

Таблица 1. Сравнение возможных решений для уличного светильника со световым потоком более 10 000 лм

Наименование светодиода Количество Световой поток, лм Эффективность, лм/В Tsp, °С Ток светодиода, мА Вес, кг
Cree Xlamp XT-E {AWT} 48 10409 113 55 563 3,5
Cree Xlamp XT-L HD {AWT} 24 10734 125 66 1072 2,5
Cree Xlamp XHP35 HD {W} 12 10089 116 92 559 2,1

Для сравнения в качестве исходного варианта конструкции примем CREE XT-E (ток 563 мА) – светильник на 48 светодиодах, собранных на радиаторе, обеспечивающем температуру в точке пайки на уровне 55°С при температуре окружающего воздуха 25°С. В качестве оптики рассматривается популярная линза компании LEDiL STRADA 2×6 IP DWC [7]. Такой подход к конструированию сформировался несколько лет назад и на сегодняшний день по-прежнему привлекает многих производителей светильников, так как цена на светодиоды этого класса производительности (XT-E, XP-G2 и их аналоги) существенно снизилась.

Однако, как показано в расчете, вариант применения более мощных светодиодов XP-L, совместимых с аналогичной линзой, позволяет сократить количество светодиодов в решении до 24 штук (при использовании на токе 1072 мА с более компактным радиатором). Видно, что при этом эффективность решения увеличивается, а стоимость всех компонентов уменьшается. Одним из недостатков этого варианта является относительно высокий ток светодиода, что ограничивает ассортимент стандартных драйверов, которые можно применять в данной задаче. Подробнее о возможностях светодиода XP-L можно почитать в предыдущих публикациях [8].

И, наконец, третий вариант решения данной задачи с применением светодиодов XHP35 с одной единственной линзой производства компании LEDiL STRADA 2×6 DWC позволяет существенно сократить размеры и повысить технологичность производства светильника при лучшей эффективности по сравнению с исходным вариантом на светодиодах XT-E. В данном расчете показан режим диода, который обеспечивает нужный световой поток (более 10000 лм) на еще более компактном радиаторе по сравнению с решением на светодиодах XP-L. В случае выбора радиатора с более низким тепловым сопротивлением можно достичь уровня эффективности светильника, сопоставимого с предыдущим вариантом.

Как было отмечено выше, дополнительным преимуществом XHP35 в данной задаче может быть возможность применения различных драйверов. В случае обновления светильника на светодиодах типа XT-E можно рассмотреть применение того же самого драйвера.

Таким образом, применение более дорогого светодиода XHP35 в данном примере позволяет снизить стоимость комплектации уличного светильника на 25%, при этом можно использовать существующие драйверы и оптику. Также решение на XHP35 в данном примере отличается улучшенными потребительскими характеристиками – на 40% меньшим весом светильника и отличной повторяемостью цвета вне зависимости от партии светодиодов.

Такой подход можно использовать при проектировании светильников практически любой мощности для уличного или промышленного освещения.

Наличие опции XHP35 c высоким CRI > 90 для КЦТ 5700 К помогает использовать системные преимущества этого светодиода при проектировании светильников для освещения спортивных арен и стадионов, телевизионных студий и в других применениях, где требуется большой световой поток, высокое качество цвета и компактность исполнения.

Перейдем к обзору старших моделей платформы XHP: XHP50 и XHP70. На рисунке 6 приведены основные параметры этих серий светодиодов.

Рис. 6. Основные параметры светодиодов и доступные для заказа комбинации ССТ/CRI серий XHP50 и XHP70

XHP50 – это четырехкристальный светодиод, способный развивать световой поток до 2250 лм при потреблении 19 Вт, при этом корпус его совместим с сериями MHB-A и XM-L2 (размер посадочного места – 5х5 мм).

XHP70 используют те же, что и XHP50, технологию кристаллов, материал подложки, линзы и конструкцию (массив из четырех кристаллов под одной линзой), и отличаются пропорционально большим размером и производительностью.

С точки зрения совместимости по посадочному месту XHP70 наследует форм-фактор светодиодов серии MK-R, при этом уровень светового потока у новой серии превышает возможности предшественника более чем в два раза.

На рисунке 7 показаны возможные достижимые значения светового потока и эффективности светодиодов XHP50 и XHP70 по сравнению со светодиодами предыдущих поколений и типовыми матрицами COB аналогичной мощности.

Рис. 7. Возможные достижимые значения светового потока и эффективности светодиодов XHP50 и XHP70

Важной особенностью корпусов XHP50 и XHP70 является наличие четырех выводов, образующих две независимые внутренние цепочки из двух последовательно подключенных кристаллов. Как показано на рисунке 8, это позволяет в зависимости от топологии печатной платы использовать последовательное или параллельное подключение этих цепочек, обеспечивая типовое падение напряжение на уровне 6 или 12 В. Такая опция позволяет разработчикам более гибко проектировать системы питания и рассматривать широкий ассортимент драйверов, а также использовать одну унифицированную топологию печатных плат для разных напряжений.

Рис. 8. Подложка и рекомендуемая топология посадочного места на печатной плате для светодиодов XHP50 и XHP70

Светодиоды XHP50 и XHP70 доступны для заказа в диапазоне цветовых температур 2700…4000К и CRI 80 и 90. Также доступна опция EasyWhite, описанная выше для XHP35.

Для того чтобы продемонстрировать преимущества новой технологии, была создана типовая разработка для решения одной из самых “тяжеловесных” задач на рынке освещения – промышленных светильников типа ЖСП/РСП на лампах ДНаТ 600.

Основная цель такой разработки – создать законченный проработанный дизайн светильника с применением светодиодов последнего поколения XHP, обеспечивающего адекватную замену традиционных светильников, имея недостижимые для других технологий потребительские параметры светильника (вес, размер).

На рисунке 9 показан расчет возможных вариантов решения такой задачи.

Рис. 9. Расчет возможных вариантов создания светильника с применением светодиодов последнего поколения XHP

Видно, что используя светодиоды XHP70 в этой задаче, мы также сможем радикально снизить размеры, вес и стоимость решения по сравнению с альтернативами использовать “ультрадешевые” светодиоды 0,5 Вт (5630) или 1…2 Вт (3535). При этом XHP70 обеспечивает лучший уровень светового потока при заданной потребляемой мощности, используя меньшее количество светодиодов и обеспечивая большую надежность.

Предлагаемая конструкция светильника в этой разработке имеет в своем составе шесть унифицированных модулей, на каждом из которых установлены шесть светодиодов XHP70. Внешний вид и состав базового модуля показан на рисунке 10.

Рис. 10. Внешний вид и состав базового модуля на светодиодах XHP70

В состав модуля входят:

  • светодиод XHP70A-00-0000-0D0BN40E3;
  • оптика LEDiL серий MINNIE (CA12881_MINNIE-M, CA12882_MINNIE-W, CA12883_MINNIE-WWW) или Jenny (T2, T3, T4) [9];
  • радиатор на базе экструзионного профиля #MM80015 производства компании Alexandria Industries [10];
  • разъем семейства “Poke In” компании TE Connectivity [11], рассчитанный на работу в диапазоне температур до 130°С;
  • опционально – защитный TVS-диод производства компании Littlefuse [12];
  • герметичные (IP67) разъемы серии SlimSeal компании TE Connectivity;
  • термоинтерфейс Bergquist Gap Filler;
  • печатная плата HPL PCB Bergquist.

На рисунке 11 показана конструкция решения в сборе.

Рис. 11. Конструкция решения с применением базового модуля на светодиодах XHP70

Остановимся подробнее на используемых компонентах конструкции:

  • Драйвер LSWC-250S105ST мощностью 250 Вт в корпусе, защищенном по стандарту IP67, производства компании Autec Driver. Отличительные особенности – небольшой вес и отсутствие дерейтинга параметров при работе на повышенных температурах (максимальная температура эксплуатации: -60…80°С на корпусе драйвера).
  • Съемный отсек для быстрого доступа к драйверу.
  • Поворотный механизм с фиксацией для изменения направления КСС светильника.

В лаборатории технологического центра компании Cree (Дарем, Северная Каролина, США) был проведен полный цикл разработки, прототипирования и испытаний этого решения, которые подтвердили корректность изначальных расчетов. Результаты приведены на рисунке 12.

Рис. 12. Результат полного цикла разработки, прототипирования и испытаний

Для оценки возможного позиционирования решения по сравнению с существующими продуктами на рынке было проанализировано несколько предложений в этом сегменте и проведено их сравнение по основным параметрам, важным для конечного потребителя. В таблице 2 приведены результаты этого сравнения.

Таблица 2. Оценка возможного позиционирования решения по сравнению с существующими продуктами на рынке

Производитель Световойпоток, лм Эффектив-ность, лм/Вт Потребляемая мощность, Вт Вес, кг Примерный объём, дм³ Макс.температура окружающего воздуха Количество светодиодов Степеньзащиты IP
1 74765 113,3 660 26 63,846 40 192 65
2 59340 117,2 506 24 68,138 40 12 66
3 61580 120,3 513 17 118,71 65 1648
29 78
4 61696 104 595 21 106,26 65 288 66
5 64893 115,7 561 16 64,288 75 312
6 51459 134,2 383 20 71,832 53 1680 66
7 50680 110 461 23 60 45 144 65
XHP70 56325 114,7 491 9 32,082 60 36
XHP70 72349 103,6 699 10 32,082 70 36

Видно, что предлагаемое решение на XHP70 существенно отличается от всех рассмотренных вариантов по массе и габаритам продукта, что имеет большое значение для конечных потребителей и возможных дистрибьюторов продукта – проще и дешевле установка, перевозка и хранение.

Важно отметить, что данная разработка была сделана исключительно для демонстрации возможностей светодиодов XHP на примере решения конкретной задачи. Она доступна как “open source design”. Данный опыт может помочь клиентам компании Cree быстрее освоить и использовать преимущества новой технологии светодиодов в своих разработках. По запросу к представителям компании или дистрибьюторам можно получить более подробную информацию об этой разработке, список комплектации, протоколы испытаний и исходные фалы конструкторской документации.

Сам по себе модуль конструкции светильника может быть использован как отдельный светильник или элемент решения для других задач (уличное и промышленное освещение, освещение стадионов и так далее).

По всем рекомендуемым альтернативным компонентам данного решения, таким как драйвер, печатная плата, термоинтерфейс, можно обращаться к компаниям-участникам программы Cree Solution Providers [13].

 

Заключение

В статье приведен обзор светодиодов класса eXtreme High Power производства компании Cree и показаны примеры возможностей их использования для снижения стоимости решений типовых задач уличного и промышленного освещения. Видно, что новое поколение светодиодов фактически открывает возможность проектирования светильников нового поколения, которые будут отличаться от существующих решений меньшим размером и весом, что является важным преимуществом для конечного потребителя.

Анализируя развитие светодиодного освещения за последние несколько лет, мы можем проследить, как очередное поколение светодиодов влияет на конструкцию светильника. На рисунке 13 показаны варианты реализации светильника со световым потоком порядка 1000 лм на флагманских светодиодах Cree разных поколений, а также примерная структура себестоимости решений. Так, в 2008 году для разработчиков был серийно доступен уникальный для своего времени светодиод XR-E, который позволял решить задачу проектирования такого светильника с использованием девяти светодиодов в токовом режиме 1 Вт. В 2011 году у компании Cree появился еще один рекордсмен – светодиод XM-L с беспрецедентной светоотдачей, который позволил уменьшить количество светодиодов в этом решении до четырех штук. Современные светодиоды, описанные в данной статье (XHP35) открывают возможность снизить количество светодиодов до 3 штук, если требуется высокая эффективность, или даже использовать всего один светодиод в максимальном режиме. Важно отметить, что высокая оптическая эффективность светодиодов позволяет снизить долю потребляемой светодиодом энергии, переходящей в тепло. Как показано на рисунке 13, это преимущество, в сочетании с более высокой надежностью новых продуктов, позволяет использовать более компактные радиаторы для обеспечения одинаковой надежности с решениями и предыдущих поколений.

Рис. 13. Варианты реализации светильника со световым потоком порядка 1000 лм на флагманских светодиодах Cree разных поколений

Можно предположить, что дальнейшие улучшения таких параметров светодиодов как эффективность, светимость (плотность светового потока) и надежность позволят в будущем продолжить наметившийся тренд миниатюризации светодиодных изделий. Для компаний, желающих уже сейчас заложить в свои разработки новые решения, которые будут выгодно отличать конечный продукт как новое поколение светодиодных светильников, компания Cree предлагает светодиоды XHP. По запросу к представителям компании, а также официальным дистрибьюторам и партнерам-участникам программы Cree Solution Progiders, можно получить более подробные рекомендации по решению конкретной задачи с применением новой технологической платформы CREE SC5.

 

Литература

  1. Д. Юровских. Скрытые возможности по снижению стоимости светодиодных светильников;
  2. Free LEDs;
  3. cree.com/sc5;
  4. cree.com/xhp;
  5. cree.com/ocf;
  6. /FLGDzQ/;
  7. www.ledil.com/strada-ip;
  8. И. Елисеев. Многообещающая новинка от Cree – светодиод серии XP-L. Новости Электроники №1/2014;
  9. ledil.com;
  10. http://www.alexandriaindustries.com;
  11. http://www.te.com/usa-en/products/connectors/lighting-connectors.html;
  12. http://www.littelfuse.com/products/tvs-diode-arrays/lightning-surge-protection.aspx;
  13. http://www.cree.com.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

Рубрика: примеры применений Метки: CREE, LED, НЭ, освещение

О компании Cree

Компания Cree Inc. является мировым лидером в производстве полупроводниковых кристаллов из карбида кремния (SiC) и приборов на их основе. Полевые транзисторы, диоды и другие полупроводниковые приборы на основе карбида кремния обладают рядом преимуществ по сравнению с аналогичными кремниевыми приборами. Среди них - рабочая температура кристалла до 600°С, высокое быстродействие, радиационная стойкость. В настоящее время Cree производит высоковольтные SiC диоды Шотки с напряжением 300...1200В и ...читать далее

www.compel.ru


Смотрите также