Мощные светодиоды CREE XLAMP® XHP (Ч.1)
08.05.20172 081

В статье приведена краткая информация о светодиодах XHP (экстремально большой мощности), которые могут работать длительное время при температуре кристалла до 125 °С без снижения эффективности излучения. Светодиоды XLAMP® XHP позволяют создавать высокоэффективные светильники малых габаритов c высоким значением светового потока.

 

Источники света, построенные на базе светодиодов, намного превосходят по эффективности традиционные осветительные приборы – лампы накаливания и люминесцентные лампы.

К преимуществам светодиодов относятся:

  • большая светоотдача при малых габаритных размерах
  • меньшая потребляемая мощность на единицу создаваемого светового потока по сравнению с другими источниками света
  • высокая устойчивость к ударам и вибрациям
  • широкая цветовая гамма
  • отсутствие таких токсичных веществ как ртуть и свинец.

Компания CREE создает самые яркие в мире светодиоды и светодиодные лампы различных типов. Одной из основных групп товаров компании CREE является семейство светодиодов XLamp® XHP (Extreme High Power). При изготовления этих светодиодов используется запатентованная технология производства кристаллов на основе соединения арсенида и нитрида галлия, а также карбида кремния, которая обеспечивает высокую интенсивность светового потока при малых габаритных размерах. Эта технология получила название SC5.

Большая светоотдача новых светодиодов позволяет уменьшить их количество, необходимое для достижения требуемого светового потока, в результате чего можно существенно снизить стоимость осветительных приборов и трудозатраты при их производстве. В настоящее время стоимость светильников во многом определяют драйверы для питания светодиодов и устройства теплоотвода. Динамика снижения стоимости различных компонентов светильников (по данным компании Cree) приведена в [1].

Как показано в [1], необходимо пересмотреть подход к проектированию светильников, снизив в его себестоимости долю тех компонентов, снижение цены которых маловероятно (например, алюминиевых печатных плат). Такую возможность перед разработчиками открывает линейка светодиодов XHP.
На рис. 1 приведены в виде условных обозначений значения относительного вклада в массо-габаритные показатели и стоимость светильника таких его компонентов как оптическая система, включающая светодиоды и печатные платы, и радиатор (по данным компании Cree). Стоимость драйвера светодиодов для рис. 1 не учитывалась.

xlamp-xhp-article-1

Как следует из рисунка, совершенствование технологии изготовления светодиодов диодов привело к существенному уменьшению количества светодиодов и габаритных размеров радиатора. Если в 2008 году требовалось использовать 9 светодиодов высокой яркости для создания светильника со световым потоком 1000 лм, то в 2016 г. требуется использовать только один светодиод XHP70. Освоенный компанией в марте 2017 г. серийный выпуск светодиодов наиболее мощных XHP70.2 позволяет разработчиком светотехнических изделий создавать светильники с аналогичными параметрами при меньших затратах.

Светодиоды Cree XLamp выпускаются в корпусах для поверхностного монтажа, позволяющих использовать высокоэффективные технологии производства готовых изделий на печатных платах и стандартные технологические процессы пайки без применения клеев и дополнительных приспособлений.

Еще одним значительным достоинством этих светодиодов является возможность работы при температуре кристалла до 125 °С и номинальном сроке службы 36000 часов, а при температуре кристалла 105 °С – сроке службы до 48000 часов. Такие параметры светодиодов позволяют уменьшить размеры радиаторов и снизить их стоимость.

Компания Cree в настоящее время выпускает три серии светодиодов экстремально большой мощности – XHP35, XHP50 и XHP70. На сегодняшний день выпускаются светодиоды уже второго поколения, создающие световой поток на 9% больше чем светодиоды первого поколения, а светоотдача этих светодиодов [лм/Вт] возросла на 18%.

Основные характеристики светодиодов XLamp® XHP приведены в табл. 1 [2…6].

xlamp-xhp-article-2

Для всех светодиодов XHP максимальная температура перехода составляет 150 °C. При выпуске продукции компания Cree осуществляет сортировку светодиодов по вариациям цвета (биннинг) 85 °C ANSI (белый) 2- 3- и 5- ступенчатый эллипс МакАдама EasyWhite®.

Производители светодиодов в настоящее время научились контролировать свой технологический процесс таким образом, что бины уменьшаются (т.е. они становятся все более и более узкими), и смесь цветов светодиодов может находиться в пределах 3-ступенчатых эллипсов МакАдама, что делает неразличимой для большинства пользователей разницу между светильниками. Кроме того, узкие бины смягчают проблему высокой стоимости, когда производитель светильников выбирает стратегию заказа светодиодов из одного бина.

Наряду с возможностью сузить эти бины за счет совершенствования технологии, компания Cree реализует стратегию, которая позволяет, практически, исключить биннинг. Компания Cree одной из первых попыталась решить проблему биннинга с помощью так называемого метода EasyWhite. При данном подходе используется многокристальный метод создания светодиодов. Комбинируя кристаллы с различной цветовой температурой в одном светодиоде, можно получить необходимую цветовую температуру одного из четырех фиксированных значений. Причем, точность получения цветовой температуры находится в области координат цветности, ограниченной 4-ступенчатыми эллипсами МакАдама. Между светодиодами, имеющими цветовые координаты излучения, лежащими в области, ограниченной одним 4-ступенчатым эллипсом, разница в цвете визуально практически неразличима.

Рассмотрим более подробно параметры светодиодов на примере наиболее мощных из них – XHP70.2. Можно заказать светодиоды с шестью фиксированными значениями цветовой температуры: 2700, 3000, 3500, 4000, 4500 и 5000 К [6].

 

Читать продолжение статьи >>>