Шаг макадама светодиода что это

Что такое эллипс МакАдама?

Что такое эллипс МакАдама?

Эллипс Макадама показывает, как светодиоды, принадлежащие определенной производственной линии, отклоняются от стандартных значений в своей цветовой согласованности. С 1 сентября 2013 года производители в ЕС должны предоставлять информацию об этих отклонениях. В частности, это означает, что отклонение цветовой температуры между светодиодами должно быть указано в технических паспортах. В этой статье блога вы можете найти полезную информацию об эллипсе МакАдама и о том, почему он важен при покупке новых светодиодов.

Самая важная информация вкратце:

Отклонение цвета и яркости светодиода

Для вас это может быть знакомый сценарий: оба недавно купленных светодиода одного бренда или одной серии светятся. Несмотря на то, что они идентичны на листе продукта, они излучают свет другой цветовой температуры или яркости… явление, которое вы не испытаете с лампами накаливания или галогенными лампами.

Это потому, что эти отклонения возникают только со светодиодами. Когда они впервые появились на рынке, светодиоды сильно различались, даже если они были произведены на одной производственной линии. Благодаря достижениям в области технологий, они сейчас значительно улучшились, особенно продукты от высококачественных брендов. Однако небольшие отклонения цветовой температуры (измеряемой в Кельвинах) или яркости (измеряемой в люменах) все же могут возникать. Это вызвано непредвиденными вещами, такими как, например, допуски в компонентах, используемых в процессе производства. К сожалению, это означает, что отклонения в светодиодах могут быть достаточно значительными, чтобы их можно было различить невооруженным глазом.

Эллипс Макадама демонстрирует отклонения в цвете. Эллипс был разработан и назван в честь ученого Дэвида Макадама. Он экспериментировал с восприятием цвета и различиями в цветности. Впоследствии он перенес результаты на диаграмму цветности CIE, которая используется с 1931 года.

Измерения МакАдама показали, что отклонения от эталонного цвета могут быть представлены в виде эллипсов, расположенных вокруг начального значения, а не в форме четных кругов, как предполагалось изначально. Таким образом, эллипсы показывают постепенное изменение цветовой температуры.

Эллипсы Макадама (SDCM) Видимость
1 SDCM Видимых отклонений практически нет
2 SDCM Отклонения можно увидеть с помощью инструментов
3 SDCM Немногочисленные отклонения, видимые человеческим глазом
4 SDCM Видимые отклонения
5 SDCM Сильно заметные отклонения

Согласно стандарту ANSI (стандарт ANSI C78.377A Американского национального института стандартов), рекомендуется следующее: Светодиод должен быть такого качества, чтобы значения цвета отклонялись максимум на 6 уровней эллипса Макадама.
Что такое светодиодный биннинг?

Преимущество этого процесса? Вы, как покупатель, сможете выбрать продукты с постоянной цветовой температурой. Таким образом, не возникнет неприятных перепадов цветовой температуры или яркости при включении светодиодов дома или на рабочем месте.

Учтите, что это сложный и дорогостоящий процесс. Таким образом, действует следующее правило: чем дешевле товар, тем больше различий внутри определенной товарной линейки. Высококачественная продукция может иметь более высокую цену, но более стабильная цветовая температура и яркость делают ее выгодным вложением.

Видео о Заводе Светорезерв:

Источник

SDCM & MacAdam Эллипс и почему они важны для светодиодных светильников?

В 1931 CIE опубликовал свой знаменитый график хроматии. Это означало, что каждый цвет, который может быть создан смесью красно-зелено-голубой может быть дано уникальное число на графике. Вокруг 1940, Дэвид МакАдам провел серию тестов и показал, что вместо одного цвета указывается точка на графике, она может быть представлена эллипсом, окружающим эту точку. В эллипсе, не было бы заметной разницы в цвете от точки отсчета в его центре. МакАдам эллипс показывает, как светодиоды, принадлежащих к определенной производственной линии, отклонение от стандартных значений в их цветовой консистенции. И это было рождение МакАдам Эллипс.

До введения светодиода, было очень мало практического использования для эллипса MacAdam. Источники света были массового производства и цветовые допуски были достаточно контролируемы, что очень немногие люди жаловались на цветовые несоответствия между двумя лампами.

Однако, с введением светодиодного модуля, метод производства света изменился. Производственный процесс таков, что миллионы светодиодных чипов производятся с сборочной линии каждый день, и это неизбежно, что несоответствия цвета между отдельными чипами и модули, построенные из них.

В первые дни производства светодиодов, качество продукта определялось точностью связывания микросхем. Это было так, что светодиоды были разделены на отдельные бункеры в соответствии с их цветом выход. Это был дорогостоящий и трудоемкий процесс. Улучшения в дизайне светодиодных модулей вывели Macadam Ellipse на передний план процесса проверки цвета.

Идеальная сборочная линия светодиодных модулей будет производить партии модулей, работающих в MacAdam Ellipse. Не будет никакой заметной разницы между выходами модуля. Светодиодные модули, произведенные на этом уровне, используются там, где цветовая производительность и точность между светильниками жизненно важны. Обычно, хорошие светодиодные модули производятся в диапазоне от двух до трех макАдам эллипсов, здесь будет визуальная разница, если вы посмотрите на него, но она незначительна и, как правило, считается приемлемой в коммерческом использовании. В следующей таблице приведен обзор:

Более жесткий контроль цвета светодиодов желательно, но это должно быть сбалансировано с сопутствующими издержками, связанными с этим. Производство светодиодов со временем улучшилось, и производители могут контролировать полученный цвет выход сегодня. Но есть еще цветовые вариации, основанные на определенных допусков производства. Производство светодиодов сортируется (binned) по близости к центральной точке, в результате в различных количествах в каждом бункере. Если производитель светодиодов имеет хороший контроль над различными входными данными, большая часть производства будет падать в рамках более жесткие эллипсы, но все равно будут светодиоды, которые попадают в большие эллипсы. Ценообразование этих светодиодов соответствует закону спроса и предложения, так что меньше, более желательные эллипсы являются более дорогостоящими. Высококачественная продукция может иметь более высокую цену, но большая последовательность в цветовой температуре и яркости делают их стоит инвестиций.

Если у вас есть какие-либо вопросы, выбирая хороший светодиодный светильник, добро пожаловать в свяжитесь с нами Непосредственно.

Источник

Что такое MacAdam Ellipses или цветные овалы?

Поиск новостей:

МакАдам поставил эксперимент, в котором обученный наблюдатель смотрел на два цвета при установленной яркости примерно 48 cd/m2. Один из цветов («тестовый цвет») был неизменным, а другой регулировался наблюдателем, и наблюдателю нужно было подгонять цвет до тех пор, пока он не совпадёт с тестовым цветом. Это соответствие, конечно, не было идеальным, поскольку человеческий глаз, как и любой другой инструмент, имеет ограниченную точность. МакАдам, тем не менее, обнаружил, что все цветовые подборки, сделанные наблюдателем, попадали в эллипс на диаграмме цветности CIE-1931. Были проведены измерения для 25 точек на диаграмме цветности, и было обнаружено, что размер и ориентация эллипсов на диаграмме широко варьировалась в зависимости от тестового цвета.

Colour rendering index (CRI)- Цветопередача

Высокая Яркость или высокая Цветопередача ( CRI )

На сегодняшний момент самой используемой методикой оценки качества источников света является индекс цветопередачи

(англ. colour rendering index).

Данный коэффициент имеет безразмерную величину и в международной системе измерения (СИ) обозначается как CRI или Ra. Диапазон значений CRI лежит в интервале от 0 до 100.

Индекс цветопередачи показывает, насколько естественный цвет имеют предметы при освещении. Эталоном принято считать солнечный свет, CRI которого равен 100. До 1974 года Международной Комиссией по Освещению (МКО) данная методика подразумевала сравнение 8 эталонных цветов с цветами, полученными от тестируемого источника света.

В 1974 14 ЭТАЛОНЫ R1 R14

Методика измерения CRI заключается в расчете цветовых сдвигов 14 образцовотносительно освещения солнечного света или излучения раскаленного абсолютно черного тела.Процесс измерения происходит следующим способом:исследуемый источник света направляется на шаблонный образец;при помощи специальных приборов измеряется цвет образца;образец освещается эталонным светом; замеряется цвет образца под эталонным светом;рассчитывается разница под различными источниками света.Вышеописанный алгоритм повторяется со всеми шаблонными образцами, после чего вычисляется среднее арифметическое значениеламп продолжают указывать на своей продукции значение в CRI.

Сегодня вектор развития искусственного освещения опирается на белые светодиоды, у которых цветопередача шаблона R9 не очень высока. Причина этого заключается в небольшом количестве красного цвета в спектре. Однако визуально цветопередача белых светодиодов находится на более высоком уровне, нежели указывает расчетное значение CRI.

В 2007 году МКО официально констатировала недостаточность использования индекса CRI для определения качества передачи цвета светильников на основе белых светодиодов. Также учёные заявили о необходимости введения новой методики, которая позволит более точно оценить светодиодное излучение.

В 2010 году появилась новая методика — CQS

(аббр. от англ. color quality scale), основанная на 15 только насыщенных цветовых шаблонах. В первую очередь стоит отметить, что расчет цветовых сдвигов по методике CQS производится совершенно иным способом, нежели в методики CRI. Поэтому высокий цветовой сдвиг по одному из шаблонов не позволяет цветовому индексу оставаться высоким.

Красный цвет в шкале CQS не такой насыщенный, как в шкале CRI. Это позволяет параметру цветопередачи, при тестировании продукции на основе светодиодов, численно примерно соответствовать световым ощущениям человека.

Методика CQS, так же как и CRI, имеет один существенный недостаток – отсутствие корректировки параметра в зависимости от тона и насыщенности, что позволяло бы учитывать особенности человеческого зрения видеть белый цвет из смеси свечения от цветных светодиодов.

Недостаток методики CQS привело к появлению в середине 2015 года стандарта ТМ-30-15, который учитывает понятия точности и насыщенности. Для более высокой точности измерения в новом стандарте оценка качества света ведется не по 15, а по 99 шаблонам, включающим в себя не только цветовые образцы, но и различные объекты из жизни.

Индекс цветопередачи в светодиодных лампах

Сегодня стандарт ТМ-30-15 не является обязательным, поэтому производители осветительной продукции на основе светодиодов продолжают

оперировать понятием CR I.

Стоит подчеркнуть, что методика измерения CRI не способно дать качественную оценку свету.

Однако в подавляющем большинстве случаев потребителю приходится опираться лишь на этот коэффициент.

Специалисты, работающие в области освещения, рекомендуют выбирать для жилых помещений светодиодные лампочки с коэффициентом CRI близким к 90.

В этом случае предметы интерьера будут выглядеть наиболее естественно.

Многие продуктовые сети и сети одежды долго да и сейчас не которые продолжают гнатся за высокой освещенность в 800-1500 люкс

Ну им так указали. руководство, ну они и делают

Источник

Взамен 30 светодиодов: свойства и особенности светодиодных матриц CREE семейства CXA

Для профессионального футбола лучше большая спортивная арена и серьезный клуб, чем много маленьких футбольных «коробок» во дворах с отличающимся друг от друга уровнем команд. Аналогичным образом, для профессионального освещения лучше светодиодная матрица (или СОВ-матрица), чем много отдельных светодиодов с отличающимися друг от друга характеристиками. Это еще раз доказывает серия светодиодных матриц CXA производства компании CREE.

Статья была ранее опубликована в журнале «Современная светотехника» и перепечатывается с разрешения редакции.

Причина, по которой все ведущие производители осветительных светодиодов занимаются производством светодиодных матриц, достаточно очевидна — невозможность получить относительно большую мощность и, соответственно, значительный световой поток от однокристального светодиода. Существуют всего два способа повысить удельную мощность излучения полупроводникового источника света — увеличить плотность тока через кристалл и площадь кристалла. Поскольку оба способа имеют определенные ограничения, связанные с физическими свойствами и технологией производства кристаллов, мощность однокристальных светодиодов ограничена единицами ватт, а единственной возможностью неограниченного наращивания излучательной способности источника полупроводникового света остается увеличение количества кристаллов, участвующих в процессе генерации света.

В настоящее время для производства светодиодных матриц широко используется технология COB (Chip-On-Board). Эта технология, как следует из ее названия, предполагает установку всех светодиодных кристаллов, образующих матрицу, непосредственно на общую подложку без предварительного корпусирования. В дальнейшем вся группа кристаллов покрывается общим слоем люминофора, образуя, таким образом, единую поверхность свечения. В качестве подложки используется металлическая (как правило, алюминиевая) или керамическая пластина. В светодиодных матрицах семейства СХА используются оба типа подложек.

Кристаллы, образующие матрицу, объединяются электрически в последовательные цепочки, которые, в свою очередь, соединяются между собой параллельно. Для достижения высокой равномерности свечения и максимальной эффективности светодиодной матрицы необходимо обеспечить равенство токов в цепочках кристаллов. Для этого, во-первых, все цепочки содержат одинаковое количество кристаллов, а во-вторых, кристаллы подбираются таким образом, чтобы суммарные вольтамперные характеристики отдельных цепочек были по возможности максимально близки друг к другу, т.е. при одинаковых напряжениях на цепочках токи в них должны быть тоже практически одинаковы.

С точки зрения разработчика светодиодная матрица представляет собой светодиод с определенными электрическими и светотехническими характеристиками и отличается, прежде всего, своими габаритами и размером светящейся поверхности. По сути, так оно и есть. Однако, светодиодные матрицы CREE имеют ряд специфических особенностей, которые необходимо учитывать в процессе проектирования осветительных устройств на их основе. Разработчика с опытом проектирования на базе дискретных светодиодов может привести в заблуждение отсутствие важных параметров, имеющих ключевое значение для расчетов, своеобразная трактовка отдельных характеристик, только внешне сходных с аналогичными свойствами светодиодов, необходимость использования специфических материалов, нестандартных методик расчета и многое другое. Одна из целей данной статьи — прояснить эти моменты, предложить методику расчета рабочих характеристик и рекомендации по применению.

Состав семейства СХА

Все светодиодные матрицы семейства СХА имеют схожую структуру наименования, благодаря чему уже по названию прибора можно составить представление о размерах матрицы, о потребляемой мощности, о группе (бине) по напряжению, индексу цветопередачи (CRI), о световом потоке и диапазоне цветовых температур. Название матрицы начинается с букв CXA, за которыми следуют четыре цифры — из них первые две соответствуют номеру серии (что примерно соответствует размеру матрицы в миллиметрах), а остальные две обозначают номинальную мощность в ваттах.

Дадим некоторые пояснения относительно того, что представляет собой номинальная мощность. Не следует воспринимать эту величину как рекомендуемую рабочую или максимально допустимую мощность. Это всего лишь округленная мощность потребления, при которой измеряются (точнее – нормируются) основные параметры прибора. Можно также утверждать, что это мощность, при которой производится биновка прибора (аналогично тому, как дискретные светодиоды бинуются при определенном токе). Допустимая рабочая мощность может значительно превышать номинальную. Например, для светодиодной матрицы СХА1304 (т.е. с номинальной мощностью 4 Вт) максимальная мощность составляет 10.9 Вт (почти в три раза больше). Правильнее всего воспринимать эти цифры в названии как некий класс прибора по мощности — чем больше цифры, тем мощнее прибор. Полная структура названия светодиодных матриц семейства CXA представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Структура названия светодиодных матриц семейства CXA

Заключительную часть названия, отвечающую за группировку по параметрам, мы подробнее рассмотрим позже, а пока обратим внимание на общий состав семейства СХА, рассмотрим существующие классы приборов и основные характеристики отдельных серий.

Первым представителем семейства стала светодиодная матрица СХА2011. Об этом светодиоде следует рассказать отдельно, и не только потому, что он был первым, но, главным образом, по той причине, что этот прибор коренным образом отличается от своих собратьев по технологии изготовления (это единственный представитель семейства СХА, выполненный на алюминиевой подложке) и способу монтажа.

Рис. 2. Светодиодная матрица CXA2011 на алюминиевой подложке

СХА2011 — это светодиодная матрица на алюминиевом основании размером 22х22 мм (рисунок 2). Максимальный рабочий ток матрицы достигает 1000 мА, типовое прямое напряжение — 40 В на токе 270 мА и не превышает 48 В на предельном токе, максимальная мощность — 45 Вт. Световой поток на максимальной мощности достигает 3500 лм. Как и для всех других современных светодиодов CREE, измерение параметров (бининг) СХА2011 осуществляется при температуре перехода кристаллов, равной 85°C. Подложка оснащена двумя сквозными отверстиями для крепления на радиатор с помощью винтов.

Как отмечалось выше, CXA2011 — единственный прибор в семействе, выполненный на металлическом основании. Все остальные матрицы типа СХА реализованы на керамической подложке с высокой теплопроводностью. Приборы этой группы можно условно разделить на три класса. Класс матрицы зависит от степени интеграции и размеров светящейся поверхности, что, в конечном итоге, определяет преимущественную область применения прибора. К первому классу относятся матрицы с высокой степенью интеграции. Они предназначены для тех приложений, где необходимо обеспечить максимальный световой выход при минимальных габаритах источника света. В частности, рекомендуется использовать приборы этого класса для замены металлогалогенных ламп. Так, например, матрица типа CXA2590, световой поток которой достигает 15600 лм, может заменить металлогалогенную лампу на 150 Вт (чей световой поток, как правило, составляет 11000…14000 лм). Серии CXA-матриц, относящиеся к данному классу, и их основные параметры представлены в таблице 1.

Таблица 1. CXA-матрицы с высокой степенью интеграции

Следующий класс приборов включает малогабаритные матрицы стандартной степени интеграции с диаметром области свечения не более 14 мм. Эти матрицы предназначены, главным образом, для замены стандартных традиционных источников света средней мощности (ламп накаливания, галогенных и компактных люминесцентных ламп) и используются преимущественно в составе так называемых ретрофитов и локальных светильников. Приборы данного класса и их основные характеристики представлены в таблице 2.

Таблица 2. Малогабаритные CXA-матрицы стандартной степени интеграции

Последний класс светодиодных матриц семейства CXA включает приборы стандартной степени интеграции с относительно большой светящейся поверхностью (более 14 мм в диаметре). Эти матрицы используются в приложениях, где требуется достаточно большой световой поток, но размер источника света не имеет принципиального значения. В качестве примера таких приложений можно привести уличное и промышленное освещение. Основные параметры матриц данного класса приведены в таблице 3.

Таблица 3. CXA-матрицы стандартной степени интеграции с большой светящейся поверхностью

Пользуясь указанными данными, разработчик осветительного оборудования может определиться с выбором на уровне серии светодиодной матрицы, но этой информации недостаточно для выбора конкретной позиции, т.е. светодиода со вполне определенной величиной светового потока на заданном токе, излучающего свет определенной цветовой температуры с заданным индексом цветопередачи и т.д. Другими словами, светодиодная матрица должна обладать вполне определенным набором бинов.

Бининг светодиодных матриц семейства СХА

Чтобы рассмотреть систему бининга CXA-матриц, необходимо, прежде всего, вернуться к рисунку 1, где приведена полная структура наименования этих приборов. В общем случае, как следует из структуры, светодиодные матрицы СХА бинуются (группируются) по четырем параметрам: прямому напряжению, индексу цветопередачи, яркости (световой поток) и цветности (диапазон цветовых температур). Рассмотрим подробнее особенности биновки матриц по каждому из этих параметров.

Группы по напряжению

Напряжение на светодиодной матрице напрямую зависит от того, каким образом объединены кристаллы в составе матрицы, сколько последовательно соединенных кристаллов содержит цепочка. Меняя количество кристаллов в цепочке, можно получить несколько вариантов светодиодной матрицы на различные рабочие напряжения. Эта возможность реализована у матриц четырех серий — CXA1304, CXA1310, CXA1507 и CXA1512. Например, светодиоды серии CXA1304 выпускаются в трех вариантах по величине прямого напряжения — на 9, 18 и 37 В (таблица 2). Для того чтобы определить, к какой группе по напряжению относится та или иная позиция, в состав названия включен соответствующий двухсимвольный код (обозначен буквами VV, рисунок 1). Коды групп по напряжению приведены в таблице 4.

Таблица 4. Кодировка групп по напряжению CXA-матриц

Группы по индексу цветопередачи

Все светодиодные матрицы семейства CXA выпускаются в нескольких вариантах в зависимости от индекса цветопередачи (CRI). Всего существуют четыре группы по этому индексу:

Код группы по индексу цветопередачи входит в состав названия позиции (шестой символ с конца, обозначенный буквой R на рисунке 1). Подавляющее большинство серий семейства CXA включают позиции всех четырех групп по CRI. Исключение составляют всего шесть серий:

Бининг по световому потоку

Как уже упоминалось, бининг светодиодных матриц производится не на фиксированных значениях тока, как у светодиодов, а в режиме, когда потребляемая мощность примерно равна номинальной. В результате каждая серия матриц СХА тестируется на собственном токе. Более того, если в серии присутствуют группы по напряжению, каждая из групп тестируется на своем токе. Например, серия CXA1304 имеет в своем составе позиции трех групп по напряжению. Группа на 9 В тестируется на токе 400 мА, группа на 18 В — на токе 200 мА, а группа на 37 В — на токе 100 мА (легко убедиться, что в каждом случае мощность потребления близка к номинальной и составляет 3.6…3.7 Вт). А если, скажем, взять матрицу серии CXA1507 со схожими группами по напряжению, то для этого прибора тестирование группы на 18 В производится на токе 400 мА, а группы на 37 В — на токе 200 мА (мощность 7.2…7.4 Вт). Понятно, что при таком методе тестирования сравнивать между собой по бинам позиции разных серий не имеет смысла, т.к. измерения проводились в разных условиях. К примеру, возьмем бин по яркости, который включают обе рассмотренные выше серии — бин C4, 475510 лм. Но CXA1304 с бином С4 обеспечит эти значения светового потока на мощности около 4 Вт, а СХА1507 с тем же бином — на мощности около 7 Вт. Комментарии, как говорится, излишни.

Бининг по цветовой температуре

На протяжении последних нескольких лет компания CREE активно внедряет в свои изделия технологию EasyWhite. Не вдаваясь в ее тонкости, можно сказать, что EasyWhite — это некий способ получения светодиодов белого свечения с определенной цветовой температурой. Конечно, добиться идеального совпадения с заданной величиной на практике (особенно в условиях серийного производства) невозможно. Тем не менее, EasyWhite призвана сократить отклонение от заданной величины до приемлемых значений. Величину отклонения от заданного значения цветовой температуры измеряют в т.н. шагах МакАдама. Один шаг (единица) МакАдама соответствует такому расстоянию на хроматической диаграмме, при котором человеческий глаз еще не обнаруживает разницу в цвете.

Компания CREE выпускает светодиодные матрицы по технологии EasyWhite на семь фиксированных значений цветовой температуры — 2700, 3000, 3500, 4000, 5000, 5700 и 6500К в двух вариантах исполнения — с отклонениями от номинала в два и четыре шага МакАдама. Считается, что двухшаговое отклонение температуры цвета практически незаметно человеческим глазом, а четырехшаговое отклонение хотя и заметно, но настолько слабо, что вполне допустимо на практике. Данная технология была разработана, чтобы избавить потребителя от необходимости подбирать светодиоды по бинам и обеспечить одинаковый оттенок света в светильнике или их группе. Следует заметить, что и подбор по бинам не всегда решал данную проблему. Согласно стандарту ANSI, расстояние от центрального значения до границ области, закрепленной за одним цветом (один бин ANSI), соответствует семи шагам МакАдама. Из-за столь широких границ диапазона разница в цвете в пределах одного бина ANSI была достаточно существенной. Тем не менее, CREE продолжает выпускать матрицы по стандартной технологии с биновкой по стандарту ANSI. Данные матрицы востребованы в тех областях, где разница в оттенке света не имеет значения и главным критерием служит стоимость прибора (например, освещение складских и хозяйственных помещений). На рисунке 3 показаны области биновки по ANSI и EasyWhite.

Рис. 3. Области бининга по стандарту ANSI и технологии EasyWhite

Код группы по цветовой температуре обозначен тремя символами в конце названия (рисунок 1). По коду группы можно определить тип бининга (ANSI или EasyWhite) и цветовую температуру. В случае технологии EasyWhite код имеет структуру xxH или xxF, где хх — это первые две цифры цветовой температуры. Таким образом, чтобы получить значение цветовой температуры, следует к этим цифрам добавить два нуля. Буква H в конце указывает на два шага МакАдама, a F, соответственно, — на четыре. Например, код 35F указывает на технологию EasyWhite и цветовую температуру 3500К в диапазоне четырех шагов МакАдама.

Код бининга по ANSI имеет формат ОЕх, где х — цифра от 1 до 8, обозначающая порядковый номер области ANSI в диапазоне 6500…2700К соответственно (рисунок 3). Например, код 0E6 соответствует биновке по ANSI в области цветовой температуры 3500К.

Рабочие характеристики матриц СХА

На основании изложенного выше уже можно сделать вывод о том, что светодиодные матрицы имеют ряд существенных отличий от дискретных светодиодов. Но на этом история не заканчивается, расчет и определение рабочих характеристик светодиодных матриц также имеет специфические особенности. В первую очередь, это связано со спецификой тепловых характеристик данных приборов.

Тот, кто изучал характеристики матриц СХА, наверняка обратил внимание, что в документации отсутствует важнейший параметр, необходимый для осуществления теплового расчета — тепловое сопротивление между областью перехода и поверхностью корпуса. Также из документации исчезла максимально допустимая температура перехода. Вместо этого параметра CREE приводит в документации график зависимости максимально допустимого рабочего тока от температуры корпуса (рисунок 4).

Рис. 4. Рабочая область светодиодной матрицы CXA2540

Все графики зависимостей в документации, так или иначе связанные с температурой, также приводятся именно к температуре корпуса, тогда как бининг привязан к температуре перехода. Например, световой поток по бинам измеряется при температуре перехода 85°C. При этом нет какой-либо возможности связать температуру перехода с температурой корпуса по той простой причине, что в документации отсутствует информация о тепловом сопротивлении.

CREE по этому поводу сообщает, что использовать температуру перехода не требуется, т.к. для практических целей вполне достаточно оперировать температурой корпуса. Если рабочая область укладывается в заданные пределы (как в примере на рисунке 4), то больше ни о чем беспокоиться не стоит. А тепловое сопротивление системы охлаждения определяется по кривым, приведенным в документации (рисунок 5).

Рис. 5. Зависимость теплового сопротивления системы охлаждения от рабочего тока и температуры окружающей среды для светодиодной матрицы CXA2540

CREE поясняет, что данные кривые (рисунок 5) рассчитаны таким образом, что если тепловое сопротивление охлаждающей системы не выше, чем определено по графикам, то температура корпуса не выйдет за допустимые пределы (рисунок 4). Данная методика выглядит действительно довольно привлекательно, но, к сожалению, не дает ответа на вопрос о значении температуры корпуса. А без этой величины невозможно определить точное значение рабочих характеристик и, в частности, реальную величину светового потока.

Проблема с температурой корпуса решается одним из двух способов. Во-первых, можно определить тепловое сопротивление системы охлаждения по методике CREE, а затем рассчитать температуру корпуса (Тс) по формуле:

где Rca — тепловое сопротивление системы охлаждения (участка корпус матрицы — окружающая среда) в °С/Вт; Pt — тепловая мощность, Вт; Ta — температура окружающей среды, °С.

Во-вторых, можно заранее задаться температурой корпуса, а затем рассчитать тепловое сопротивление системы охлаждения:

Второй способ предпочтительнее, т.к. он позволяет определить температуру корпуса исходя из заданных электрических и светотехнических характеристик, а не наоборот.

В обоих способах в расчетах используется тепловая мощность (Pt). Часто в качестве этого значения выступает потребляемая электрическая мощность:

где U — напряжение на светодиоде, В; I — ток через светодиод, А.

Такой подход дает явно завышенное значение тепловой мощности и в результате приводит к ненужному увеличению габаритов и массы радиатора. Следует учитывать, что светодиод является довольно эффективным прибором с относительно высоким КПД. К сожалению, этот параметр отсутствует в технической документации. Но, как свидетельствуют данные различных исследований, КПД современных светодиодов CREE составляет около 40%. Это значит, что порядка 60% потребляемой энергии преобразуется в тепло. Компания CREE утверждает, что КПД ее белых светодиодов превышает 40%, но при этом рекомендует для тепловых расчетов задаваться значением КПД, равным 25%. Итак, формулу для тепловой мощности можно записать следующим образом:

где К = (100% – КПД)/100 — коэффициент, определяющий долю тепловой энергии. Его значения находятся в диапазоне 0.6…0.75.

Рассмотрим практический пример определения рабочих характеристик светодиодной матрицы и расчета теплового сопротивления радиатора. Исследуем с этой целью матрицу СХА2540 — один из самых популярных приборов семейства. Для начала определим задачу.

Допустим, мы планируем создать светильник для складского помещения. Особое качество света в данном случае не требуется, главное — обеспечить максимальную эффективность при наименьшей стоимости. С этой целью выбираем матрицу с бинами ближе к холодному диапазону (для эффективности). Самая «высокая» группа по яркости в этом диа­пазоне — W4 (5225 лм на 1100 мА при 85°С). С этой группой по яркости имеются позиции в диапазонах 5000, 5700 и 6500К. Выберем для определенности позицию в диапазоне 5000К (этот оттенок лучше смотрится) — CXA2540-0000-000N00W40E3. Чтобы «выжать» из этой матрицы максимальный световой поток и при этом сократить размеры радиаторов, придется ее эксплуатировать на максимальном токе при максимально возможной температуре.

Для определения режима эксплуатации обратимся к графику на рисунке 4. Из него следует, что предельный режим работы для CXA2540 — рабочий ток 2100 мА при температуре корпуса около 85°С. Определим характеристики матрицы в рабочем режиме — мощность и световой поток. Для этого найдем в документации графики напряжения и относительного светового потока в зависимости от тока при различных температурах корпуса (рисунки 6…7).

Рис. 6. График зависимости прямого напряжения от тока при различных температурах корпуса для светодиодной матрицы CXA2540

Рис. 7. График зависимости относительного светового потока от тока при различных температурах корпуса для светодиодной матрицы CXA2540

Из графика на рисунке 6 находим, что при температуре корпуса 85°С и токе 2100 мА напряжение составляет около 40.3 В. Следовательно, электрическая мощность потребления рассчитывается по формуле:

Ре = 40.3 × 2.1 = 84.63 Вт.

Далее определим световой поток из графика на рисунке 7. В данном случае требуется одно уточнение — от какой величины отсчитывать относительное изменение светового потока? Документация разъясняет этот момент — изменение светового потока измерено относительно значения бина по яркости на токе 1100 мА при температуре перехода 85°С. В нашем случае значение бина — 5225 лм, график дает при токе 2100 мА и температуре корпуса 85°С увеличение на 140%. Следовательно, световой поток в «горячих» люменах равен:

F = 5225 × 1.4 = 7315 лм.

Теперь определим тепловое сопротивление радиатора. Рассчитаем две величины при граничных значениях коэффициента K — 0.6 и 0.75 и при условии, что температура окружающей среды равна 25°С:

R1 = (85 — 25)/(0.6 × 84.63) = 1.18°C/Вт,

R2 = (85 — 25) / (0.75 × 84.63) = 0.95°C/Вт.

Итак, радиатор должен иметь тепловое сопротивление в диапазоне 0.95…1.18°C/Вт. Кстати, по упрощенной методике CREE, тепловое сопротивление составляет около 0.7°C/Вт (рисунок 5). Рассчитанный нами радиатор меньше на 30%. Правда, мы сами поставили себе такую задачу — получить радиатор меньше, для чего поместили матрицу в самый тяжелый режим по температуре. В реальных условиях, конечно, стараются не эксплуатировать приборы в предельных условиях. В данном случае подобные условия были выбраны только для упрощения расчетов и выкладок, чтобы проиллюстрировать использование методики.

Применение матриц СХА

Начиная работу над новым проектом светодиодного светильника, разработчик первым делом должен решить, какой тип источника света применить в приложении — дискретный светодиод или светодиодную матрицу. В ряде случаев ответ на этот вопрос не вызывает сомнений. Например, в светильниках «Армстронг» однозначно следует применять дискретные светодиоды. Но в других случаях ответ на этот вопрос не столь однозначен.

Чаще всего у разработчиков вызывает сомнение тот факт, что светодиодные матрицы обеспечивают ту же высокую эффективность, что и мощные однокристальные светодиоды. Чтобы развеять эти сомнения, сравним характеристики матриц и дискретных светодиодов в одинаковых тепловых режимах. Из ассортимента светодиодных матриц выберем одну из самых мощных — CXA2590, а для сравнения рассмотрим два светодиода из самых популярных на сегодняшний день серий — XTE и XML2. Сравнение проведем при температуре корпуса 55°С на самых верхних бинах по яркости. Поскольку все три прибора имеют разные диапазоны рабочих токов, приведем их к «общему знаменателю», т.е. вместо абсолютных значений токов используем относительные значения (в % от максимального). Полученные результаты представлены на рисунке 8.

Рис. 8. Зависимость эффективности от тока

Следует признать, что современные светодиодные матрицы демонстрируют действительно замечательные характеристики. В приведенном выше сравнении матрица CXA2590 по эффективности оставила далеко позади, пожалуй, самый популярный на сегодняшний день светодиод типа XTE и догнала самый эффективный XML2. Таким образом, миф о низкой эффективности матриц полностью развенчан.

Если сравнить те же позиции по абсолютному значению светового потока (на максимальном токе), то окажется, что одна матрица CXA2590 заменяет почти 30 светодиодов типа XTE или 13 светодиодов XML2.

Расчетные данные для этого исследования получены с помощью программы «PCT-калькулятор». Согласно этим данным, световой поток матрицы CXA2590 с бином по яркости ВВ (9500…10000 лм на токе 1200 мА) при температуре корпуса 55°С на максимальном рабочем токе (1800 мА) составляет 12886.5 лм. Подобное значение светового потока характерно для ламп типа ДРЛ250 (стандартное значение — 13000 лм), активно используемых в мощных светильниках различного назначения, в том числе для уличного и промышленного освещения. Хотя полупроводниковый источник света немного проигрывает в этом соревновании по световому потоку, можно с уверенностью утверждать, что светильник на базе CXA2590 превзойдет по световому выходу традиционное решение на ДРЛ250. Причина в том, что относительные потери света в традиционных светильниках всегда намного выше, чем в светодиодных. Все дело в принципиальном различии между обычным источником света (лампой) и светодиодом. Стандартная лампа представляет собой изотропный источник света (светит одинаково во всех направлениях). Чтобы направить свет в требуемую сторону, в традиционных светильниках применяются отражатели, на которых неизбежно теряется часть светового потока. В результате общие потери светового потока (с учетом потерь на защитном стекле) в традиционных светильниках достигают 40…50%. В светодиодных светильниках в силу направленного характера излучения светодиодов весь световой поток изначально идет в требуемую сторону, благодаря чему общие потери, как правило, не превышают 10…15% (потери на внешнем оптическом элементе). Таким образом, матрица CXA2590 может с успехом применяться для замены ламп ДРЛ250 в традиционных осветительных приборах во всех возможных приложениях, в том числе для освещения автомобильных магистралей.

До недавнего времени светодиодные светильники для автомагистралей изготавливались исключительно на базе однокристальных светодиодов. Это связано с тем, что дорожные светильники должны формировать диаграмму направленности сложной формы, а оптические элементы (линзы) с соответствующими кривыми силы света (КСС) были доступны только для дискретных светодиодов. Лишь с появлением специальных силиконовых линз от компании Ledil появилась возможность использовать светодиодные матрицы в дорожном освещении.

На базе светодиодной матрицы CXA2590 и силиконовой линзы STELLA-A (Ledil) можно создать полноценный дорожный светильник. На рисунке 9 показан результат моделирования в программе DIALux для данной комбинации из матрицы и линзы — освещенность участка двухполосной автомобильной трассы в условных цветах.

Рис. 9. Освещенность участка двухполосной дороги (в условных цветах), создаваемая матрицей CXA2590 с силиконовой линзой STELLA-A

Моделирование проводилось для дороги шириной 7 м при установке светильника на высоте 9.5 м и расстоянии между опорами 20 м. Для расчетов освещенности использовалось максимальное значение светового потока светодиодной матрицы CXA2590 (2886.5 лм) с учетом потерь в линзе STELLA-A (7%). Полученные результаты полностью соответствуют нормам освещенности магистральных дорог категории А с интенсивностью движения более 3000 единиц автотранспорта в час: средняя яркость дорожного покрытия — 1.63 кд/м² (норматив — не менее 1.6 кд/м²); средняя освещенность — 24 лк (норматив — не менее 20 лк).

Последний пример окончательно подтверждает тот факт, что область применения светодиодных матриц практически ничем не ограничена. Они могут служить полноценной заменой традиционным источникам света и мощным однокристальным светодиодам во всех возможных приложениях.

Заключение

Благодаря использованию светодиодных матриц вместо одиночных светодиодов значительно упрощается конструкция светильника, отпадает необходимость в проектировании и изготовлении печатной платы, сокращается количество оптических элементов. Все это ведет к снижению стоимости и сокращению сроков разработки, упрощению и удешевлению производственного процесса и, в конечном итоге, к снижению себестоимости изделия и сокращению сроков выхода на рынок. В связи с этим популярность светодиодных матриц в последнее время непрерывно растет. Следуя данной тенденции, компания CREE постоянно расширяет ассортимент семейства CXA, дополняя его новыми изделиями с улучшенными характеристиками. Известные своим высоким качеством в сочетании с превосходными техническими характеристиками, светодиодные матрицы семейства СХА пользуются повышенным спросом среди разработчиков и производителей светодиодного осветительного оборудования.

Источник