Высокоэффективные светодиоды XLamp XP-G3 компании Cree

Белые светодиоды серии XLamp XP-G3 (3.45х3.45 мм) компании Cree изготавливаются с использованием новой технологии Cree SC5 Technology™ (Silicon Carbide 5) [1,2]. По сравнению с выпущенными ранее светодиодами серии XLamp XP-G2 и популярными XT-E они отличаются большей энергоэффективностью (до 200 лм/Вт при токе 350 мА), а также увеличенным значением максимально допустимого тока (до 2 А), что достигается благодаря отсутствию проволочных соединений с кристаллом. Конструктивное исполнение и габаритные размеры светодиодов серии XP-G3 аналогичны тем, которые имеют светодиоды XP-G2, что гарантирует их совместимость при использовании имеющихся линз и печатных плат. Вместе с тем некоторые усовершенствования позволили увеличить ток через светодиоды этого типа.

Сравнительные параметры светодиодов даны в табл. 1 и на рис. 1.

Рис. 1. Сравнительные параметры светодиодов

Таблица 1. Сравнительные параметры светодиодов

Светодиоды XLamp XP-G3 выпускаются в вариантах с цветовой температурой (CCT) в диапазоне от 2700 К (теплый белый свет) до 6500 K (холодный белый свет) и индексом цветопередачи (CRI) 70,80 и 90. Максимальный световой поток более 700 лм. Зависимость светового потока от тока через светодиод приведена на рис. 2, вольтамперные характеристики (ВАХ) – на рис. 3, зависимость энергоэффективности (лм/Вт) от мощности – на рис. 4.

Рис. 2. Зависимость светового потока от тока через светодиод XLamp XP-G3

Рис. 3. ВАХ светодиодов XLamp XP-G3

Рис. 4. Зависимость энергоэффективности (лм/Вт) от мощности XLamp XP-G3

Сортировка светодиодов по группам (bins) осуществляется при температуре кристалла 85 °C в соответствии с рекомендациями стандарта ANSI и системы классификации EasyWhite с использованием 3- и 5-ступенчатых эллипсов Мак-Адама.

На рис. 5 приведены границы допуска (bins) на цветовую температуру для светодиодов серии XLamp XP-G3: по стандарту ANSI, а также по классификации EasyWhite (3- и 5-ступенчатые эллипсы Мак-Адама).

В табл. 2 приведена зависимость светового потока от тока, температуры места пайки, цветовой температуры и пр.

Рис. 5. Допуски на цветовую температуру для светодиодов серии XLamp XP-G3

Таблица 2. Световой поток в зависимости от тока, температуры и др.

Код	Минимальный световой поток (I = 350 мА, t = 85 °C), лм						Световой поток, лм
	Цветовая температура, К
	>5000 (50)	5000 (E3)	4000 (E5)	3500 (E6)	3000 (E7)	2700 (E8)	350 мА, 25 °C	1 А, 85°C	2 А, 85 °C
S5 (M)							191	426	736
S4 (L)	164	164	164				182	406	702
S3 (K)	156	156	156	156	156		173	532	668
S2 (J)	148	148	148	148	148		164	504	633
R5 (H)	139	139	139	139	139	139	158	344	595
R4 (J)			130	130	130	130	147	322	556
R3 (F)	122	122	122			122	134	302	522
R2 (E)	114	114	114	114	114	114	129	262	488
Q5 (D)			107	107	107	107	121	265	458
Q4 (C)				100	100	100	113	248	428
	Мин. 70 CRI (B)
	Мин. 80 CRI (H)
	Мин. 90 CRI (U)

Основные параметры светодиодов типа XPGDWT-B1-0000-00KE7 (XLamp XP-G3):

– мин. световой поток при токе 350 мА и температуре 85 ºС – 160 лм, при 25 ºС – 187 лм

– CRI 70

– СCT 3000 K

– макс. ток 2 А

– макс. рассеиваемая мощность 6 Вт

– макс. обратное напряжение 5 В

– тепловое сопротивление «p-n переход – место пайки» – 3 ºС/Вт (тип.)

– типовое прямое падение напряжения 2.73 В (при токе 350 мА и температуре кристалла 85 ºС)

– ширина диаграммы направленности 125º

–  максимальная температура кристалла 150 ºС.

– неограниченный срок хранения (при температуре ≤ 30 °C и относительной влажности ≤ 85%).

В табл. 3 и на рис. 6 приведены, опубликованные компанией Cree, результаты испытаний светодиодов XLamp XP-G3 в соответствии с рекомендациями стандарта LM-80, а также расчетные значения с использованием методик, изложенных в технических спецификациях ТМ-21 [2].

Таблица 3. Результаты испытаний светодиодов XLamp XP-G3

Параметр		XLamp XP-G3
Температура места пайки, °C		105	85
Ток, мА		1500	1000
Продолжительность испытаний, тыс. ч		6.048	6.048
Продолжительность эксплуатации (расчетное значение), тыс. ч	L90	70.5	>109
	L80	>109	>109
	L70	>109	>109
Продолжительность эксплуатации (заявленное значение), тыс. ч	L90	>36.3	>36.3
	L80	>36.3	>36.3
	L70	>36.3	>36.3

Рис. 6. Результаты испытаний светодиодов XLamp XP-G3

В стандарте LM-80 приведены рекомендованные условия проведения испытаний: ток через светодиод, объем выборки, температура места пайки, продолжительность испытаний (рекомендуемая 6…10 тыс. ч) и др.

В спецификациях ТМ-21 приведена методика и набор формул, позволяющие по результатам испытаний выборки светодиодов, рассчитать ожидаемое изменение его светового потока на более длительный период времени его эксплуатации.

Как правило, рассчитывается продолжительность эксплуатации до момента снижения светового потока до 90, 80 или 70% (или любого другого значения) от номинальной величины потока, при этом в документации производителей такая продолжительность эксплуатации обозначается, соответственно, как L90, L80 или L70. Если желаемый уровень светоотдачи достигнут в ходе проведения испытаний в соответствие со стандартом LM-80, указывается эта продолжительность. Если рассчитанная продолжительность эксплуатации превышает шестикратное значение длительности реальных испытаний, то приводится т.н. заявленная продолжительность, которая определяется как продолжительность реальных испытаний умноженное на шесть, что хорошо видно из данных, приведенных в табл. 3 (6048 х 6 = 36288 ≈ 36300).

Расчетное (прогнозируемое) значение определяется на основе аппроксимации данных, полученных в результате испытаний за последние 5 тыс. ч. Для аппроксимации применяется экспоненциальная функция с использованием метода наименьших квадратов, которая была выбрана в результате многочисленных исследований и обработки данных тестирования светодиодов разных производителей и типов. В документации компания Cree можно найти также значения коэффициентов (α, В) аппроксимирующей функции.

Результаты (L90/80/70), полученные с использованием методик, предложенных в TM-21, не определяют срок службы в трактовании, как время наработки до отказа, которое обычно приводится в документации на электронные компоненты и оборудование разного типа.

Использование рекомендаций, изложенных в спецификациях TM-21, позволяет прогнозировать временную стабильность светового потока светодиода. При этом достоверность прогноза определяется точностью приближения выбранной аппроксимирующей функции и зависит от данных, полученных при испытаниях в соответствии со стандартом LM-80. Тем не менее, эта информация может быть использована для прогноза ожидаемой деградации параметров источника освещения как составной части светотехнического устройства. Спецификации TM-21 предоставляют реальный метод прогнозирования стабильности светоотдачи светодиодов. Однако деградация светового потока в процессе эксплуатации – это лишь один из многих возможных процессов, свойственных изделиям со светодиодами.

Зарождение стандарта LM-80 и спецификаций TM-21 во многом объясняется тем, что, быстрое усовершенствование технологии изготовления светодиодов и желание производителей продвинуть продукт на рынок в сжатые сроки не позволяют в действительности провести тестовые испытания для определения срока службы, а это может быть 35 или даже 100 тыс. ч (в году всего 8640 ч). В результате в светодиодной индустрии вынуждены были согласиться с определением срока службы светодиода, как продолжительность (L95/90/80) его эксплуатации до достижения заявленной деградации светоотдачи (95, 90 или 80% от номинального значения).

Технология изготовления светодиодов постоянно развивается и проведенные исследования показали, что в ряде случаев даже набор данных, получаемый при продолжительности тестирования 10 тыс. ч зачастую недостаточен для обеспечения статистической достоверности при экстраполяции кривой спада светового потока в диапазон больших величин, например, 35 и более тыс. ч. Однако, следует отметить, что спецификации TM-21 не является завершенным инструментом оценки ресурса изделий. Работа продолжается, что позволяет надеется, что новые уточнения рекомендаций, а, соответственно и результаты вычислений будут отличаться большей достоверностью.

Светодиоды серии Xlamp XP-G3 (типоразмера 3535) сочетают ряд преимуществ популярных светодиодов серий XT-E и XP-G2. В сравнении с XP-G2 новые светодиоды Xlamp XP-G3 отличаются, примерно, на 8% лучшей, энергоэффективностью и большим световым потоком. Применение светодиодов XLamp XP-G3 позволит упростить создание осветительных устройств и ускорить их продвижение на рынок. Благодаря таким качествам, как высокая светоотдача, надежность и большой КПД, светодиоды XLamp XP-G3 могут стать оптимальным выбором при создании разного типа осветительных устройств, используемых в системах освещения внутри и снаружи помещений, портативных светильниках, системах оптического контроля и пр.

Дополнительную информацию о светодиодах серии XLamp XP-G3 можно найти в [1-2].

Литература

1. https://cree-led.com/media/documents/dsXPG3.pdf
2. Cree Apr 2016 dist – Customer Slides.