eng
Выпуск #9/2017
М.Червинский
Новые светодиоды NX от компании CREE. Применение сборок из светодиодов NX
Новые светодиоды NX от компании CREE. Применение сборок из светодиодов NX
Просмотры: 2129
В условиях конкуренции и стремительного развития рынка свето-диодного освещения производители вынуждены постоянно улучшать характеристики светильников и обновлять модельный ряд. В 2017 году компания CREE анонсирует новую технологическую платформу
светодиодов – NX, которая продолжает тренд увеличения плотности светового потока и производительности светодиодов.
УДК 621.382
ВАК 05.27.00
DOI: 10.22184/1992-4178.2017.170.9.86.90
светодиодов – NX, которая продолжает тренд увеличения плотности светового потока и производительности светодиодов.
УДК 621.382
ВАК 05.27.00
DOI: 10.22184/1992-4178.2017.170.9.86.90
Теги: high density of light flux minimum losses tight integration высокая плотность светового потока минимальные потери плотная компоновка
Ключевыми компонентами, определяющими технические характеристики современного светильника, являются светодиоды и оптика, которые формируют источник света. По мере развития возможностей светодиодов значительно изменяются внешний вид и габариты светильника. Можно отметить, что на сегодняшний день, несмотря на высокий уровень развития технологии, сами светодиоды уже не являются определяющим компонентом в себестоимости решения, зачастую уступая место таким менее технологичным компонентам, как печатная плата или радиатор [1]. Стремительный рост плотности светового потока с корпуса светодиода и изменение цены за счет развития технологии был спрогнозирован еще в 2007 году Роналдом Хайтзом (Roland Haitz Law) [2].
В 2017 году компания CREE анонсирует новую технологическую платформу светодиодов – NX [3], которая продолжает тренд увеличения плотности светового потока и производительности светодиодов.[1]
ОБЗОР ПЛАТФОРМЫ NX
Технологическая платформа NX включает в себя целый ряд улучшений и инновации, над которыми компания CREE работала в последние годы. В первую очередь стоит отметить переход на новое поколение кристаллов DMAX, обеспечивающих высокий уровень эффективности при надежной работе в режиме высокой плотности тока и температуре. Улучшение этих показателей наблюдается во всех предыдущих Х-поколениях светодиодов компании (технологические платформы SC3, SC5) [4].
В платформе NX предусматривается применение новой запатентованной системы люминофоров, которые обеспечивают минимальный разброс цветовых координат и отсутствие деградации при работе на высоких температурах.
Для продуктов платформы NX была разработана новая компактная конструкция корпусов светодиодов, которая обеспечивает минимальные оптические потери, низкое тепловое сопротивление, совместимость и корректную работу с существующей вторичной оптикой, а также удобство при SMD-монтаже. Схематичное изображение светодиода платформы NX показано на рис.1.
Общее отличие светодиодов платформы NX от предыдущих поколений состоит в повышенной плотности светового потока (до 264 лм/мм2) и минимальных потерях при плотной компоновке светодиодов на печатной плате.
Высокая плотность светового потока также позволяет эффективно применять продукты платформы NX для решения тех задач, где требуется создавать динамическое изменение цвета (подсветку растений, регулировку КЦТ (коррелированной цветовой температуры), так как с уменьшением размера источника цвета повышается однородность цвета источника при использовании групп светодиодов с различными цветами.
При проектировании корпуса NX разработчики CREE уделили особое внимание его конструкции, чтобы обеспечить лучшую совместимость с существующими монтажными корпусами и SMD-оборудованием. Важное преимущество новой платформы – отсутствие таких нежелательных эффектов, как вращение светодиодов в вертикальной и горизонтальной плоскостях, что при монтаже может привести к появлению неустранимых дефектов светодиодных модулей или к локальному нарушению теплового режима. Такие нежелательные эффекты часто возникают при работе со светодиодами, в конструкции которых отсутствует традиционная керамическая подложка (так называемая технология Chip Scale Package, CSP).
СВЕТОДИОДЫ СЕРИИ XD16
Первым анонсированным продуктом платформы NX является светодиод XD16. Расшифровка названия серии: XD (eXtreme Density) – сверхвысокая плотность (светового потока), 16 – размер корпуса 1,6 мм (рис.2).
По своим характеристикам светодиод XD16 – близкий аналог популярной серии XP-G3 [5], при этом его корпус в четыре раза меньше.
Следует отметить, что посадочное место и размеры XD16 такие же, как у светодиодов серии XQ-E [6], популярной благодаря своим отличным оптическим характеристикам и возможности построения сборок с плотной расстановкой светодиодов. Аналогичный сценарий применения позволяет разработчикам рассматривать XD16 как возможную альтернативу для повышения производительности существующих решений, где применялись светодиоды XP в корпусе (3,5 Ч 3,5 мм).
Примечательно, что благодаря большой площади контактных площадок корпуса XD16 обеспечивается более эффективная передача тепла от подложки и кристалла (рис.3). Этим устройства отличаются от бескорпусных светодиодов, представленных на рынке, у большей части которых значительно меньшая площадь теплового контакта, что может привести к нежелательному перегреву кристалла (см. рис.3). Наличие керамической подложки в составе светодиода также снижает риск повреждения кристалла из-за разницы в коэффициентах теплового расширения собственно кристалла и алюминиевой основы печатной платы при процессах термоциклирования, которые могут возникать, например, при эксплуатации светильников в широком диапазоне температур.
Как уже отмечалось, светодиод XD16 может быть интересен для решения задач повышения эффективности и производительности светильников за счет группировки нескольких устройств под одной линзой. Сравнение размера и производительности светодиодов XD16 и XP-G3, а также сборки из четырех светодиодов XD16 и светодиода XHP35 представлено на рис.4. В качестве примера показаны расчетные значения светового потока и эффективности на токе 700 мА и при температуре кристалла 85 °C.
Важным преимуществом XD16 по сравнению с XP-G3 в данном примере является улучшенная работа с вторичной оптикой – источник света более компактного размера, что обеспечивает лучшую фокусировку при работе с вторичной оптикой.
Сборка из четырех XD16 по производительности сопоставима со светодиодом XHP35, но за счет более современной технологии кристаллов отличается более высокой эффективностью и возможностью работы на токе до 1,5 А (максимальный ток XHP35 1,05 А).
XD16 по сравнению с XP-G3 обеспечивает лучшую форму КСС (кривых силы света, или светораспределения) и более высокую осевую силу света. Светодиоды XD16 рекомендуется применять в тех случаях, когда требуется прецизионное распределение света с минимальным эффектом "паразитной засветки" (например, освещение стадионов, архитектурных объектов, акцентное освещение).
Еще одно преимущество применения сборки из четырех светодиодов XD16 (см. рис.4) вместо одного XP с посадочным местом (3,5 Ч 3,5 мм), помимо высокой производительности, – компактный размер за счет отсутствия габаритной силиконовой линзы. Это общее свойство любых решений на базе XD16 значительно расширяет возможности при работе с вторичной оптикой.
Так, например, сборка из четырех XD16 совместима со всеми типами линз, рассчитанными для работы со светодиодами XP, а кроме этого, позволяет увеличить плотность светового потока и эффективность в тех решениях, где применение мощных светодиодов типа XP-L2, XHP35 было невозможно из-за высоты линзы.
Благодаря наличию керамической подложки в конструкции, при работе XD16 с оптикой, рассчитанной для корпуса XP, искажения эталонной КСС минимальны. В то же время попытка применять бескорпусные светодиоды с оптикой, рассчитанной для работы с традиционными корпусами светодиодов, часто приводит к существенным и недопустимым искажениям КСС.
Примечательно, что с точки зрения механической совместимости с популярной линзой LEDiL STRADA 2 Ч 6 DWC можно применять даже сборку из 108 (!) XD16. При этом форма КСС незначительно искажается, однако уровень эффективности и светового потока позволяет использовать в этом случае всего одну (!) линзу и модуль для светильников со световым потоком порядка 20 000 лм и даже выше. Подобное решение также будет совместимым с оптикой STRADA 2 Ч 6 HB, которая имеет симметричную КСС и рекомендуется для стадионного, промышленного или тепличного освещения, где важно уменьшить габариты светильника.
Во всех примерах, рассмотренных в статье, предусматривается установка светодиодов XD16 группами с шагом 0,3 мм. При этом первичные оптические потери светового потока составляют около 3%, что также является важным преимуществом светодиодов XD16 по сравнению с решениями на базе бескорпусных светодиодов, где, как правило, оптические потери при плотной расстановке существенно выше.
Рассмотрим подробнее практические сценарии применения сборок из светодиодов XD16 с вторичной оптикой для решения различных задач.
ПРИМЕНЕНИЕ СБОРОК ИЗ СВЕТОДИОДОВ XD16 С ВТОРИЧНОЙ ОПТИКОЙ
Применение сборки из 64 светодиодов XD16 вместо четырех XHP70 в модулях от компании "Русалокс" с герметричной линзой STARDA 2 Ч 2MX HB дает увеличение светового потока до 15 000 лм и выше (по сравнению с 10 000 лм в варианте с XHP70) [7].
Данный пример может быть интересен производителям освещения для растений в теплицах и так называемых Grow-боксов, так как часть белых светодиодов XD16 можно заменить на цветные светодиоды XQ-E с любым цветом свечения, в том числе с глубоким красным (длина волны 660 нм), для оптимизации спектра в длинноволновой области поглощения растениями в процессе роста. Преимущество такого решения по сравнению с дискретными светодиодами – хорошее цветосмешение даже в ближней зоне освещения.
Еще одно интересное решение, в котором реализованы преимущества XD16, – модуль RT638 (рис.5) от компании "Контракт-Электроника" [8]. Он предназначен для использования в промышленных светильниках.
Конструкция модуля обеспечивает его совместимость со стандартной оптикой LEDiL семейства STELLA, при этом от традиционных светодиодов CоB (Chip-on-Board) модуль RT638 отличается повышенным диапазоном рабочих мощностей (до 500 Вт), а также гибкостью при организации питания. Можно использовать один или два высоковольтных источника питания, а также независимо управлять двумя цепочками светодиодов. Варианты подключения модуля показаны на рис.6.
Данную функцию можно использовать как для реализации режима управления КЦТ в светильниках для торговых центров, так и для управления спектром для тепличных светильников.
* * *
Основные отличия светодиодов платформы NX от предыдущих поколений – повышенная плотность светового потока (до 264 лм/мм2) и минимальные потери при плотной компоновке светодиодов на печатной плате – обеспечивают эффективное применение новых светодиодов и сборок на их основе не только для освещения автомагистралей, стадионов, архитектурных объектов и т. д., но и для решения тех задач, где требуется создавать динамическое изменение цвета (подсветку растений, регулировку КЦТ), так как с уменьшением размера источника цвета повышается однородность цвета источника при использовании групп светодиодов с различными цветами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Юровских Д. Скрытые возможности по снижению себестоимости светодиодного светильника // Lumen&ExpertUnion. 2015. № 1.
2. Haitz’s law // Nature Photonics. 1: 23. 2007. doi:10.1038/nphoton.2006.78.
3. http://www.cree.com/led-components/landing-pages/nx
4. Туркин А., Червинский М. Новые серии светодиодов компании CREE на основе улучшенной технологической платформы // Полупроводниковая светотехника. 2015. № 1.
5. Червинский М. XLamp XP-G3 от CREE: новая технологическая платформа SC5 плюс стандартный корпус // Новости Электроники. Светотехника. 2016. № 1.
6. Туркин А., Червинский М. Новинки от компании CREE – светодиоды средней мощности на керамическом основании и расширение линейки высоковольтных светодиодов // Полупроводниковая светотехника. 2014. № 4.
7. http://rusalox.ru/en/product/strada‑2x2–4/
8. www.contractelectronica.ru
В 2017 году компания CREE анонсирует новую технологическую платформу светодиодов – NX [3], которая продолжает тренд увеличения плотности светового потока и производительности светодиодов.[1]
ОБЗОР ПЛАТФОРМЫ NX
Технологическая платформа NX включает в себя целый ряд улучшений и инновации, над которыми компания CREE работала в последние годы. В первую очередь стоит отметить переход на новое поколение кристаллов DMAX, обеспечивающих высокий уровень эффективности при надежной работе в режиме высокой плотности тока и температуре. Улучшение этих показателей наблюдается во всех предыдущих Х-поколениях светодиодов компании (технологические платформы SC3, SC5) [4].
В платформе NX предусматривается применение новой запатентованной системы люминофоров, которые обеспечивают минимальный разброс цветовых координат и отсутствие деградации при работе на высоких температурах.
Для продуктов платформы NX была разработана новая компактная конструкция корпусов светодиодов, которая обеспечивает минимальные оптические потери, низкое тепловое сопротивление, совместимость и корректную работу с существующей вторичной оптикой, а также удобство при SMD-монтаже. Схематичное изображение светодиода платформы NX показано на рис.1.
Общее отличие светодиодов платформы NX от предыдущих поколений состоит в повышенной плотности светового потока (до 264 лм/мм2) и минимальных потерях при плотной компоновке светодиодов на печатной плате.
Высокая плотность светового потока также позволяет эффективно применять продукты платформы NX для решения тех задач, где требуется создавать динамическое изменение цвета (подсветку растений, регулировку КЦТ (коррелированной цветовой температуры), так как с уменьшением размера источника цвета повышается однородность цвета источника при использовании групп светодиодов с различными цветами.
При проектировании корпуса NX разработчики CREE уделили особое внимание его конструкции, чтобы обеспечить лучшую совместимость с существующими монтажными корпусами и SMD-оборудованием. Важное преимущество новой платформы – отсутствие таких нежелательных эффектов, как вращение светодиодов в вертикальной и горизонтальной плоскостях, что при монтаже может привести к появлению неустранимых дефектов светодиодных модулей или к локальному нарушению теплового режима. Такие нежелательные эффекты часто возникают при работе со светодиодами, в конструкции которых отсутствует традиционная керамическая подложка (так называемая технология Chip Scale Package, CSP).
СВЕТОДИОДЫ СЕРИИ XD16
Первым анонсированным продуктом платформы NX является светодиод XD16. Расшифровка названия серии: XD (eXtreme Density) – сверхвысокая плотность (светового потока), 16 – размер корпуса 1,6 мм (рис.2).
По своим характеристикам светодиод XD16 – близкий аналог популярной серии XP-G3 [5], при этом его корпус в четыре раза меньше.
Следует отметить, что посадочное место и размеры XD16 такие же, как у светодиодов серии XQ-E [6], популярной благодаря своим отличным оптическим характеристикам и возможности построения сборок с плотной расстановкой светодиодов. Аналогичный сценарий применения позволяет разработчикам рассматривать XD16 как возможную альтернативу для повышения производительности существующих решений, где применялись светодиоды XP в корпусе (3,5 Ч 3,5 мм).
Примечательно, что благодаря большой площади контактных площадок корпуса XD16 обеспечивается более эффективная передача тепла от подложки и кристалла (рис.3). Этим устройства отличаются от бескорпусных светодиодов, представленных на рынке, у большей части которых значительно меньшая площадь теплового контакта, что может привести к нежелательному перегреву кристалла (см. рис.3). Наличие керамической подложки в составе светодиода также снижает риск повреждения кристалла из-за разницы в коэффициентах теплового расширения собственно кристалла и алюминиевой основы печатной платы при процессах термоциклирования, которые могут возникать, например, при эксплуатации светильников в широком диапазоне температур.
Как уже отмечалось, светодиод XD16 может быть интересен для решения задач повышения эффективности и производительности светильников за счет группировки нескольких устройств под одной линзой. Сравнение размера и производительности светодиодов XD16 и XP-G3, а также сборки из четырех светодиодов XD16 и светодиода XHP35 представлено на рис.4. В качестве примера показаны расчетные значения светового потока и эффективности на токе 700 мА и при температуре кристалла 85 °C.
Важным преимуществом XD16 по сравнению с XP-G3 в данном примере является улучшенная работа с вторичной оптикой – источник света более компактного размера, что обеспечивает лучшую фокусировку при работе с вторичной оптикой.
Сборка из четырех XD16 по производительности сопоставима со светодиодом XHP35, но за счет более современной технологии кристаллов отличается более высокой эффективностью и возможностью работы на токе до 1,5 А (максимальный ток XHP35 1,05 А).
XD16 по сравнению с XP-G3 обеспечивает лучшую форму КСС (кривых силы света, или светораспределения) и более высокую осевую силу света. Светодиоды XD16 рекомендуется применять в тех случаях, когда требуется прецизионное распределение света с минимальным эффектом "паразитной засветки" (например, освещение стадионов, архитектурных объектов, акцентное освещение).
Еще одно преимущество применения сборки из четырех светодиодов XD16 (см. рис.4) вместо одного XP с посадочным местом (3,5 Ч 3,5 мм), помимо высокой производительности, – компактный размер за счет отсутствия габаритной силиконовой линзы. Это общее свойство любых решений на базе XD16 значительно расширяет возможности при работе с вторичной оптикой.
Так, например, сборка из четырех XD16 совместима со всеми типами линз, рассчитанными для работы со светодиодами XP, а кроме этого, позволяет увеличить плотность светового потока и эффективность в тех решениях, где применение мощных светодиодов типа XP-L2, XHP35 было невозможно из-за высоты линзы.
Благодаря наличию керамической подложки в конструкции, при работе XD16 с оптикой, рассчитанной для корпуса XP, искажения эталонной КСС минимальны. В то же время попытка применять бескорпусные светодиоды с оптикой, рассчитанной для работы с традиционными корпусами светодиодов, часто приводит к существенным и недопустимым искажениям КСС.
Примечательно, что с точки зрения механической совместимости с популярной линзой LEDiL STRADA 2 Ч 6 DWC можно применять даже сборку из 108 (!) XD16. При этом форма КСС незначительно искажается, однако уровень эффективности и светового потока позволяет использовать в этом случае всего одну (!) линзу и модуль для светильников со световым потоком порядка 20 000 лм и даже выше. Подобное решение также будет совместимым с оптикой STRADA 2 Ч 6 HB, которая имеет симметричную КСС и рекомендуется для стадионного, промышленного или тепличного освещения, где важно уменьшить габариты светильника.
Во всех примерах, рассмотренных в статье, предусматривается установка светодиодов XD16 группами с шагом 0,3 мм. При этом первичные оптические потери светового потока составляют около 3%, что также является важным преимуществом светодиодов XD16 по сравнению с решениями на базе бескорпусных светодиодов, где, как правило, оптические потери при плотной расстановке существенно выше.
Рассмотрим подробнее практические сценарии применения сборок из светодиодов XD16 с вторичной оптикой для решения различных задач.
ПРИМЕНЕНИЕ СБОРОК ИЗ СВЕТОДИОДОВ XD16 С ВТОРИЧНОЙ ОПТИКОЙ
Применение сборки из 64 светодиодов XD16 вместо четырех XHP70 в модулях от компании "Русалокс" с герметричной линзой STARDA 2 Ч 2MX HB дает увеличение светового потока до 15 000 лм и выше (по сравнению с 10 000 лм в варианте с XHP70) [7].
Данный пример может быть интересен производителям освещения для растений в теплицах и так называемых Grow-боксов, так как часть белых светодиодов XD16 можно заменить на цветные светодиоды XQ-E с любым цветом свечения, в том числе с глубоким красным (длина волны 660 нм), для оптимизации спектра в длинноволновой области поглощения растениями в процессе роста. Преимущество такого решения по сравнению с дискретными светодиодами – хорошее цветосмешение даже в ближней зоне освещения.
Еще одно интересное решение, в котором реализованы преимущества XD16, – модуль RT638 (рис.5) от компании "Контракт-Электроника" [8]. Он предназначен для использования в промышленных светильниках.
Конструкция модуля обеспечивает его совместимость со стандартной оптикой LEDiL семейства STELLA, при этом от традиционных светодиодов CоB (Chip-on-Board) модуль RT638 отличается повышенным диапазоном рабочих мощностей (до 500 Вт), а также гибкостью при организации питания. Можно использовать один или два высоковольтных источника питания, а также независимо управлять двумя цепочками светодиодов. Варианты подключения модуля показаны на рис.6.
Данную функцию можно использовать как для реализации режима управления КЦТ в светильниках для торговых центров, так и для управления спектром для тепличных светильников.
* * *
Основные отличия светодиодов платформы NX от предыдущих поколений – повышенная плотность светового потока (до 264 лм/мм2) и минимальные потери при плотной компоновке светодиодов на печатной плате – обеспечивают эффективное применение новых светодиодов и сборок на их основе не только для освещения автомагистралей, стадионов, архитектурных объектов и т. д., но и для решения тех задач, где требуется создавать динамическое изменение цвета (подсветку растений, регулировку КЦТ), так как с уменьшением размера источника цвета повышается однородность цвета источника при использовании групп светодиодов с различными цветами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Юровских Д. Скрытые возможности по снижению себестоимости светодиодного светильника // Lumen&ExpertUnion. 2015. № 1.
2. Haitz’s law // Nature Photonics. 1: 23. 2007. doi:10.1038/nphoton.2006.78.
3. http://www.cree.com/led-components/landing-pages/nx
4. Туркин А., Червинский М. Новые серии светодиодов компании CREE на основе улучшенной технологической платформы // Полупроводниковая светотехника. 2015. № 1.
5. Червинский М. XLamp XP-G3 от CREE: новая технологическая платформа SC5 плюс стандартный корпус // Новости Электроники. Светотехника. 2016. № 1.
6. Туркин А., Червинский М. Новинки от компании CREE – светодиоды средней мощности на керамическом основании и расширение линейки высоковольтных светодиодов // Полупроводниковая светотехника. 2014. № 4.
7. http://rusalox.ru/en/product/strada‑2x2–4/
8. www.contractelectronica.ru
Отзывы читателей
