Світлодіодна матриця smd. Світлодіодна матриця. Короткий час роботи

Князєв О.В., ДК «Буд-ТК», травень 2017р.

В даний час ринок світлодіодного освітлення в Росії переживає свій бум, у продажу представлені як високотехнологічні дорогі моделі світильників і прожекторів, гарантійний термін на які становить 3-7 років, так і дешеві вироби, що навряд чи відпрацюють без поломок хоча б 1 рік. Спробуємо розібратися в цій безлічі речень.

Звідки беруться дешеві одноразові "вироби"

Хоч як парадоксально - у наявності великої кількості пропозицій дешевих ширпотребних світлодіодних світильників винен сам Замовник, адже основним критерієм вибору для Замовника є Вартість.

Ситуація повторюється, як це було раніше: якщо є попит на дешеву продукцію, виробники з Піднебесної забезпечать і пропозицію! Оскільки на ввезення з Китаю немає монополії, конкуренти починають вимагати у виробників постійного, від партії до партії, зниження закупівельних цін, щоб просто забити конкурентів на ринку низькою ціною. Проте всьому є розумні межі та постійне зниження вартості виробів за збереження всіх основних характеристик просто неможливо. Ось і починається гра зниження експлуатаційних характеристик, надійності тощо. - аби продати освітлювальне обладнання, поставивши мінімальний термінгарантії. І це при тому, що для світлодіодів анонсуються божевільні терміни напрацювання – від 50 до 100 тис. годин.

Що таке COB

Технологія COB, останнім часом MCOB (Multi Chip-on-Board) – перекладається як «Кристал На Платі». Вважається найбільш просунутою на сьогоднішній день світлодіодною технологією.

Стисло її можна описати так: розміщення на платі кристалів без корпусів та керамічних підкладок, а також покриття всіх цих кристалів загальним шаром люмінофора. Кристали світлодіодів розташовуються дуже близько один до одного - густина розміщення може досягати 70 кристалів на 1 см 2 , тобто. кристали практично зливаються в єдине поле і світіння матриці виходить дуже рівномірним, окремі точки кристалів невиразні.

Важливий плюс технології – якість випромінюваного світла. Предмети, що освітлюються світильниками на COB-матриці, мають чітку тіньову межу за рахунок рівномірного розподілу світлового потоку. Світильники на SMD світлодіодах, на жаль, не можуть похвалитися такою контрастністю через велику кількість сильно рознесених у просторі окремих кристалів та відбивачів.

Енергоефективність COB матриць може досягати 170 Лм/Вт.

Переваги COB

Основними перевагами технології MCOB вважаються:

Висока світловіддача (більше 100 лм/Вт);
Можливість досягнення високої інтенсивності світлового потоку за відносно невеликих розмірів;
Сумісність із різними драйверами, в т.ч. з димуванням;
Рівномірність світлового потоку; відсутність тіньового ефекту;
Компактність, невеликі розміри, доступність різноманітних форм;
Можливість виготовлення матриць будь-якої колірної температури від 2700К до 7000К;
Індекс кольору до 90Ra;

Недоліки COB

Основним мінусом технології COB є обов'язкове забезпечення хорошого тепловідведення від потужної COB матриці, який забезпечити складно, оскільки площа матриці мала, а з маленької площі контакту складно зняти теплонадлишки.

Тут-то і криється каверза: дешева, а значить спочатку неякісна, матриця COB, змонтована на радіатор охолодження без належного підгонки та обробки поверхонь сполучення, недостатньо охолоджується, починає перегріватися і, зрештою, перегорає.

Як підтвердження можна навести такий факт: недавно нам сервісний центрнадійшли для діагностики та ремонту 57 світлодіодних прожекторів (COB) потужністю 100Вт. Судячи з їхнього вигляду, з дешевої серії GS Light.

Після проведення діагностики виявлено, що у переважній більшості прожекторів (49 штук) вийшла з ладу світлодіодна матриця COB, а в інших 8 випадках – світлодіодний драйвер.

Що таке SMD

Технологія SMD (Surface Mounting Device) – буквально можна перекласти як «пристрій з кріпленням на поверхню».

Основною відмінністю цієї технології від «традиційної» технології наскрізного монтажу в отвори є те, що компоненти монтуються на поверхню плати. Це забезпечує менші габарити конструкції, найкраще тепловідведення, варіативність виконання. Дана конструкція на сьогодні є найпоширенішою у освітленні та використовується в джерелах світла практично всіх типів.

На сьогоднішній день саме технологія SMD є найпоширенішою у світлодіодному освітленні та використовується у світильниках практично всіх типів.

Дана технологія створена для організації потужного розсіяного освітлення, яке досягається за рахунок розподілу по всій площі світильника значної кількості дрібних світлодіодів (в одному виробі буває до 700 шт), що дозволяє не застосовувати в світильниках ніякої додаткової оптики, тільки звичайне захисне скло корпусу світильника. Для збільшення ступеня розсіювання (наприклад для приміщень з комп'ютерною технікою), застосовується молочний, призматичний чи микропризматический розсіювач.

Оскільки світлодіоди розташовуються на алюмінієвій лінійці великої площі, а відстань між ними досить велика, охолодження LED не викликає великих труднощів, звідси й довговічність ліній лінійних ліній при правильному їх живленні.

Їх із мінусів світильників з SMD лінійками слід відзначити велику складність їх ремонту, оскільки при виході з ладу одного світлодіода перестає горіти вся лінійка, а замінити SMD-світлодіод самостійно – досить трудомістке завдання. Заміна лінійки цілком - вже накладна у фінансовому плані. Заради справедливості треба сказати, що більшість виробників світлодіодних світильників в Росії при виникненні гарантійного випадку замінюють лінійку повністю.

Області застосування COB та SMD

1. Загальний випадок

Я зробив би розділ таким чином: якщо форм-фактор корпусу світильника дозволяє розмістити досить великий радіатор охолодження, то можна застосовувати світильники на COB LED, обмеживши їх потужністю до 30 Вт. Вся світлотехніка з більш високою потужністю- Винятково SMD. А взагалі ідеальним варіантом впровадження світлодіодного освітлення стане.

2. Здав об'єкт та забув

Якщо завдання саме таке - здати об'єкт і втекти, то, звичайно, потрібно застосовувати дешеві світильники або прожектори на COB матриці великої потужності. Часу їх роботи має вистачити для того, щоб Ви встигли втекти з поля видимості... :)

3. Короткий час роботи

Якщо світильник або прожектор працює зрідка, включаючись на кілька хвилин (наприклад, оснащений датчиком присутності та вмикається лише при проході людей), можна безбоязно вибирати COB. Матриця просто не встигатиме перегріватися.

4. Організація тимчасового висвітлення.

Для організації тимчасового освітлення (наприклад на будівельному майданчику при виконанні оздоблювальних робіт), я рекомендував би застосовувати прожектори COB потужністю 20 - 30 Вт.

5. Висвітлення складів, виробничих приміщень

На складах, у виробничих будинках і приміщеннях, зазвичай застосовують потужні світильники, підвішені на великій (6-12 метрів) висоті. Для їх електроосвітлення рекомендується застосовувати світильники, виконані на світлодіодних лінійках SMD. При виборі світильників особливу увагуприділяти наявності добре помітних радіаторів, призначення яких - розсіювання надлишків тепла у навколишнє середовище.

Світлодіодні матриці є технологічним об'єднанням на одній підкладці декількох світловипромінюючих напівпровідникових кристалів, із загальною заливкою сумішшю люмінофора і силікону.

Поява LED-матриць пов'язані з розробкою (Chip-on-Board), що перекладається як «чіп на платі». Ця технологія прийшла на зміну SMD світлодіодам, відрізняється високим ступенем автоматизації виробництва та призвела до суттєвого зниження цін на світлодіодні світильникита прожектора.

Види та галузі застосування

Зберігаючи єдиний принцип розміщення світлодіодних кристалів на теплопровідній підкладці, світлодіодні матриці суттєво відрізняються за кількістю кристалів однією підставою та способами їх з'єднання між собою.

Кількість кристалів на одній підкладці визначає підсумкову потужність матриці, яка може досягати сотень ват на один виріб. Потужні матричні джерела світла добре зарекомендували себе у прожекторах та світильниках для вуличного освітлення. Спосіб з'єднання кристалів між собою визначає можливості керування світінням окремих кристалів та параметри блоку живлення для матриці. Послідовно-паралельна структура внутрішніх сполук дає можливість знизити струм і збільшити величину напруги живлення, що знаходить своє відображення в характеристиках матричних виробів.

Ще однією особливістю внутрішніх сполук кристалів між собою із зовнішніми висновками виступає можливість використання світлодіодних матричних структур в інформаційних табло та у графічних або символьних екранах. Такі LED-матриці знаходять своє застосування в контрольно-вимірювальній апаратурі та різноманітних інсталяціях рекламного характеру.

У застарілих моделях для інформаційних табло, графічних або символьних екранів світлодіодні матриці конструювалися на основі DIP або SMD-світлодіодів.

Принципова схема

Як зазначалося вище, послідовно-паралельна схема з'єднання світлодіодних кристалів визначає вимоги до джерела живлення матриці. Чим вище напруги живлення, тим більше світлодіодів об'єднано у послідовні ланцюги. Така особливість знижує вимоги до вихідних струмів драйверів, але у разі виходу з ладу одного кристала в послідовному ланцюзі, перестає випромінювати світло весь ланцюжок. Струм перерозподіляється на робочі LED-чіпи, тим самим прискорюючи їхню деградацію і серйозно зменшуючи термін служби світлодіодної матриці в цілому.

Для вирішення проблеми деякі виробники з'єднують всі світлодіодні чіпи всередині матриці одночасно послідовно і паралельно. Така особливість значно зменшує можливість виходу з експлуатації LED-матриці внаслідок перегорання одного чіпа. Паралельне з'єднання світлодіодів між собою в межах однієї матричної структури вимагає великих вихідних струмів драйвера, але загальна випромінювальна здатність практично не страждає від виходу з ладу одного або двох кристалів. Матриці для світлодіодних табло мають у собі складну систему внутрішньої комутації, що визначається вимогами управління кожним світлодіодом окремо. Для управління такими LED-матрицями створені спеціальні інтегральні процесори та мікросхеми.

Підключення

У схемах підключення світлодіодних матриць визначальними факторами їх надійності виступають два ключові моменти - достатня площа радіатора для відведення тепла і стабілізація струмів живлення. Обидва ці фактори безпосередньо пов'язані з посиленою деградацією напівпровідникових кристалів при перевищенні їх температур вище максимально допустимої.

До підвищення температури кристала призводить, як недостатня площа радіатора охолодження, так і занадто високий струм, що проходить.

Робочі величини постійного струму вказуються в параметрах світлодіодних матриць, а орієнтовного вибору площі радіатора можна використовувати цифру 20-25 см² на 1 Вт потужності матриці. При цьому слід враховувати, що така площа необхідна за температури навколишнього повітря до 35 °С. За більш високих температур робочу площу радіатора слід збільшити або доповнити активним охолодженням.

При виборі світлодіодних матриць з вбудованим драйвером і живленням від мережі 220 необхідно врахувати, що такі джерела світла не підходять для освітлення місць постійного перебування людини.

Відсутність у схемі драйвера з живленням від 220 вольт електролітичних конденсаторів великої ємності визначає високий випромінюваного світла, шкідливий вплив якого на здоров'я людини доведено безліччю наукових досліджень.

Висновок

Удосконалення параметрів світловипромінюючих світлодіодних кристалів веде до появи все більш потужних матричних структур, Вихідна потужністьяких вже досягла 300 і більше Вт.

Така тенденція, у поєднанні з підвищенням питомого світлового потоку на 1 Вт потужності, що підводиться, визначає подальший розвиток світлодіодних матриць і їх випереджальний розвиток на ринку освітлювальної техніки.

Читайте також

Висловимо нашу точку зору на цю дилему, яка починає нагадувати суперечку про те, що краще, iOS або Android. Однозначної відповіді це питання немає. Необхідно чітко розуміти призначення світильника, де використовується діодна матриця. Для одних буде краще COB, для інших – SMD.

COB для малопотужних світильників спрямованого світла

Наприклад, COB однозначно виграє у комерційних світильниках спрямованого світла. Таких, як трекові світильники, даунлайти та інші види акцентуючого підсвічування.

Для комерційного освітлення, що розсіює, більше підійде звичайна світлодіодна стрічка або лінійка, що монтується по периметру корпусу світильника під розсіювачем. Цілком добре поводяться COB-матриці і в вуличних прожекторах потужністю до 50 ватів.

SMD для промислових купольних світильників більше 50 Вт

Що стосується освітлення промислових підприємств, то, наприклад, у промислових світлодіодних світильниках дзвін
COB-матрицю (див. малюнок справа) у всесвітньо відомих просунутих виробників зустріти вже практично неможливо, хоча кілька років тому всі любили подібні експерименти.

Промислові купольні світильники світлодіодні з COB-матрицею значно дешевше, ніж світильник з SMD-діодною платою, як, наприклад, промислові купольні світильники.

Це з тим, що COB-матриця з діодами однієї й тієї ж виробника коштує на 30- 50% дешевше, що знижує собівартість світильника. Мінусом є, за відгуками більшості іменитих виробників промислового та вуличного світла, часті заміни COB-матриць за гарантією, якщо потужність світильника більше 50 Вт.

На одній із фабрик, з якими ми співпрацюємо, нам розповідали історію про те, як промисловий світлодіодний світильник дзвін із якісною системою тепловідведення та якісним COB-діодом забули увімкненим на столі чіпом вниз, і за 2 години стіл спалахнув.

Реальний досвід

З нашої особистої практики нам відома історія про те, як енергетик на великому підприємстві з метою економії на шкоду якості купив промислові купольні світильники з COB-діодами і тепер йому доводиться розплачуватися за своє неправильне рішення: щороку міняти діодні плати в 15-20% світильників .

Щоб не отримати наганяй від начальства за те, що свого часу зробив не правильний вибір, він просить виставляти йому рахунки на люмінісцентні лампи та різну електротехнічну витратку замість COB-матриць, для того, щоб приховати реальні витрати.

Деградація COB-діодів

Не варто також забувати і про реальну деградацію діодів у потужних світильниках промислового призначення, Яка, за спостереженнями користувачів, у потужних світильників з COB-елементами вище. Але дуже рідко хтось проводить щорічні виміри освітленості приміщення.

Сліпучий ефект COB-діодів

Іншим спостереженням користувачів є той факт, що промислові купольні світильники світлодіодні з COB-матрицею на складах і в цехах дають сильніший сліпучий ефект, що ускладнює роботу персоналу на висоті.

Експертна думка: «Наша думка: світлодіодні світильники з COB-матрицею – це найкраще рішеннядля акцентуючого світла та світильників помірної потужності до 50Вт. Виняток становлять лише багатомодульні системи, у яких кожен модуль - це окрема COB-матриця помірної потужності. Для освітлення більше 50 ватів краще використовувати промислові світильники дзвін із SMD-матрицею. Причому чим більше діодів на 1 ват потужності, тим краще», - каже Олексій Фролов, інженер-світлотехнік «Гранденергопроект».

Вважається, що одним із найефективніших способів загального зниження рівня енерговитрат сьогодні є організація систем штучного освітлення з використанням світлодіодів.

При однаковому світловому потоці енергоспоживання світлодіодних джерел світла приблизно в 10 разів нижче ніж у звичайної лампи розжарювання. При цьому служать вони набагато довше, ніж люмінесцентні світильники.

Масове використання світлодіодних лампдо останнього часу стримувалося їх високою ціною, яка багато в чому визначається досить складною технологієювиготовлення. Так, для того щоб встановити одиничний кристал на підкладку (друкарську плату) використовують пайку в конвекційній печі.

Для зниження трудомісткості виготовлення енергозберігаючих джерел світла були розроблені світлодіодні матриці, що становлять у загальному випадку сукупність одиничних світлодіодів із загальним (паралельне включення) або роздільним живленням.

В цьому випадку на одну підкладку монтується близько 9 і більше кристалів, які потім заливаються люмінофором.

Ця технологія значно здешевила процес виготовлення світлодіодних ламп і зробила їх доступнішими. Такі матриці успішно використовуються при виготовленні як освітлювальних приладів, так і індикаційних пристроїв. Вони не вимагають паяння в конвекційній печі, їх можна монтувати вручну або за допомогою спеціальних модулів кріплення.

Діоди SMD(Surface Mounted Device з англ. «прилад, що монтується на поверхню») дещо застарілий тип, що конструктивно складається з металевої підкладки (мідь або алюміній), на яку монтується кристал, що припаюється до контактів корпусу, де встановлена підкладка.

Кристал накривають лінзою та/або покривають люмінофором. Така технологія дозволяє розмістити на одній підкладці до трьох світлодіодів. Використовуються вони у виробництві світлодіодних стрічок для освітлення та підсвічування.

При цьому залежно від кількості кристалів у матриці випускаються стрічки з кількістю світлодіодів 60 шт./м (1 кристал) та 30 шт./м (3 кристали). Яскравість світіння стрічок зі світлодіодами, що з трьох кристалів, природно, вище, ніж в стрічок зі світлодіодами однією кристалі.

Випускаються SMD матриці з кристалами, що мають різний колір світіння (RGB тип). Світлодіоди RGBтипу керуються спеціальними контролерами, які регулюють яскравість чи потужність світіння, використовуючи метод широтно-імпульсної модуляції (ШІМ).

Подаючи струм різної величини за кожен кольоровий кристал можна змінювати його загальний світловий потік, створюючи химерні поєднання кольорів і яскравості світіння.

Діоди СОВ(Chip On Board з англ. "чіп на платі") найбільш поширений тип матричних світлодіодів. Конструктивно є підкладкою (платою), на якій монтують велику кількість безкорпусних кристалів. Потім їх заливають люмінофор.

Велика кількість кристалів забезпечує підвищену яскравість світлодіодів типу СОВ, яка перевищує аналогічний параметр діодів SMD типу. Використовуються діоди типу СОВ як для освітлення, так і як індикаційні пристрої.

Filament світлодіодиперспективна технологія Chip On Glass, що дозволяє встановлювати 28 кристалів на скляну або сапфірову підкладку.

Використовуються для виготовлення світлодіодних ламп у прозорих скляних колбах. При цьому світловий потік поширюється на 360°, що дозволяє при однаковій зі світлодіодами типу SMD і СВВ потужності отримати більшу освітленість.

Представлені на сайті матеріали мають інформаційний характер і не можуть бути використані як керівні та нормативні документи