СВЕТОДИОДЫ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ XLAMP® XHP70.2

Одной из основных групп товаров компании CREE является семейство светодиодов XLamp. Являясь пионером в области разработки и производства новых полупроводниковых материалов, CREE создает самые яркие в мире светодиоды и светодиодные лампы различных типов.
При изготовления этих светодиодов используются уникальные запатентованные технологии производства кристаллов, что обеспечивает высокую интенсивность светоизлучения при малых габаритных размерах. При производстве кристаллов используются соединения арсенида и нитрида галлия, а также соединения на основе карбида кремния. Эта технология получила название SC5.
Еще недавно стоимость светодиодных светильников определялась в основном стоимостью светодиодов. Однако совершенствование технологий производства светодиодов позволило снизить их стоимость. Появление высокоэффективных светодиодов большой мощности привело к тому, что в настоящее время стоимость светильников во многом определяют драйверы для питания светодиодов и устройства теплоотвода.
Динамику снижению стоимости различных компонентов светильников (по данным компании Cree) можно проследить на рис. 1.
Светодиоды по-прежнему определяют основные характеристики светильников: световой поток, энергоэффективность, качество света и стабильность этих параметров во времени. Как показано в , необходимо пересмотреть подход к проектированию светильников, уменьшив в его себестоимости долю тех компонентов, снижение цены которых маловероятно (например, алюминиевые печатные платы). Такую возможность перед разработчиками открывает линейка светодиодов XHP (XLamp® Extreme High Power), выпускаемых компанией Cree.
Эти светодиоды создают намного больший световой поток чем другие светодиоды. Следовательно, в светильнике можно использовать меньшее количество светодиодов и, как следствие, линз, а также уменьшить размеры печатной платы.
Еще одним значительным достоинством этих светодиодов является возможность работы при температуре кристалла до 105 °С без снижения срока службы, благодаря технологии SC5. А это, в свою очередь, позволяет уменьшить размеры радиатора и снизить его стоимость.

Рис. 1. Динамика изменения стоимости отдельных компонентов светодиодных светильников

В середине марта 2017 года компания Cree объявила о выходе на рынок второго поколения светодиодов большой мощности семейства XLamp® XHP70.2. Новые светодиоды создают световой поток на 9% больше чем светодиоды первого поколения XHP70. При этом светоотдача возросла на 18%.
Основные характеристики светодиодов XLamp® XHP70.2 :
• габаритные размеры 7×7 мм
• максимальный световой поток 4292 лм
• варианты исполнения по прямому падению напряжения – 6 В, 12 В и High-CRI
• тепловое сопротивление, переход/точка пайки 0.9 °C/Вт
• угол излучения (FWHM) 125°
• температурный коэффициент напряжения -2.9 мВ/°C
• выдерживаемое напряжение электростатического разряда (MIL-с STD-883D) 8000 В
• прямой ток (6 В) 4800 мА
• прямой ток (12 В) 2400 мА
• допустимое обратное напряжение 5 В
• прямое падение напряжение (светодиоды с прямым падением напряжения 6 В при Iпр = 2100 мА, 85 °C) 5.6…6.1 В
• прямое падение напряжение (светодиоды с прямым падением напряжения 12 В при Iпр= 1050 мА,
85 °C) 11.2…12.2 В
• максимальная рассеиваемая мощность 29 Вт
• максимальная температура перехода 150 °C
• сортировки 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), так что 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. Можно заказать светодиоды с шестью фиксированными значениями цветовой температуры: 2700, 3000, 3500, 4000, 4500 и 5000 К .
Цвет и яркость свечения светодиодов слегка изменяется в зависимости от рабочей температуры кристалла. В среднем, этот сдвиг предсказуем, но все же в большой степени он зависит от того, насколько характеристики кристалла соответствуют типичным значениям его параметров. Опять же, это не так важно для уличных светильников, которые расположены на большой высоте и содержат большое количество светодиодов, однако проблема возникает, когда светодиоды используются в полосковом светильнике. Но если можно достаточно эффективно протестировать индивидуальные кристаллы и рассортировать их на основе их характеристик, то производители светильников смогут гораздо точнее контролировать распределение цвета и яркости, которое соответствует реальным рабочим условиям.

Таблица 1. Зависимость светового потока светодиодов серии XHP70.2 от температуры

В табл. 1 приведены значения светового потока светодиодов серии XHP70.2 от температуры. В для различных значений цветовой температуры приведены подробные данные бинов для каждой из групп.
Учитывая, что технологии изготовления подложки и люминофора для светодиодов XHP70A и XHP70.2 одинаковы, стандарт LM-80 допускает использование существующих для светодиодов серии XHP70A данных испытаний на деградацию светового потока для прогнозирования срока службы светодиодов XHP70.2. Результаты теста деградации светового потока от времени в соответствии со стандартом LM-80 приведены в табл. 2. Так как светодиоды XHP70A и XHP70.2 имеют близкие характеристики и выполнены по одинаковой технологии, то в табл. 2 приведены данные только для одной модификации светодиодов, о чем есть соответствующее предупреждение.

Таблица 2. Результаты тестов светодиодов XHP70A по стандарту LM-80

Рис. 2. Графики зависимости
относительной спектральной мощности
излучения светодиодов XLamp® XHP70.2

Графики относительной спектральной мощности матрицы XLamp® XHP70.2 приведены на рис. 2.
На рис. 3 приведена зависимость относительного светового потока светодиодов XLamp® XHP70.2 от температуры перехода, а на рис. 4 – зависимость максимального тока от температуры окружающей среды.
Так как серии XHP70.2 имеют такое же конструктивное исполнение и габаритные размеры, как и серии XHP7, то этим обеспечивается совместимость держателей, рефлекторов, радиаторов и других аксессуаров для обеих серий светодиодов.

Рис. 3. Зависимость относительного светового
потока светодиодов XLamp® XHP70.2
от температуры перехода

Рис. 4. Зависимость максимального тока
светодиодов XLamp® XHP70.2
от температуры окружающей среды

Преимущества светодиодов XHP, выпускаемых по технологии SC5, наглядно иллюстрирует рис. 5. Дополнительную информацию о светодиодах XHP70.2 компании Cree можно найти в и на сайте компании Cree по адресу: www.cree.com.

Рис. 5. Иллюстрация преимуществ светодиодов XHP, выпускаемых по технологии SC5