В массовых моделях светильников и ламп-ретрофитов сейчас очень часто применяются так называемые SMD-светодиоды. А светодиодная лента, вообще (за редким исключением) выпускается только с их использованием. В описании светотехнической продукции весьма редко сообщают о параметрах, установленных в ней SMD-светодиодов, ограничиваются лишь указанием четырех цифр — они официально считаются типоразмером светодиода, то есть несут информацию о длине и ширине его корпуса. Но, на самом деле, типоразмер дает ориентировочную информацию и о некоторых других параметрах SMD-светодиода. Поэтому опытные специалисты могут сравнивать между собой светильники и делать выбор только на основе указанных типоразмеров.
К концу 80-х годов XX века электронные устройства стали настолько сложными, что ремонт их стал осуществляться не пайкой отдельных компонентов, а заменой целых функциональных блоков. Поэтому задача обеспечения ремонтопригодности отдельной печатной платы стала не актуальной, зато потребовалось удешевить монтаж и увеличить его скорость, чтобы замена целой платы была экономически выгодной. Традиционный способ монтажа, предусматривающий использование ручного труда, оказался для решения этой задачи непригоден.
Выход был найден в виде технологии SMD (Surface Mounting Devices — компоненты, монтируемые на поверхность платы). Полностью автоматизированный монтаж осуществляется на той же стороне платы, где находятся токопроводящие дорожки, путем припа-ивания контактных площадок непосредственно к ним. При этом в плате не требуется делать отверстия для выводов. Компоненты поступают в машину для пайки, закрепленными на лентах. В свою очередь, эти ленты наматываются на специальные бобины. Дополнительное преимущество SMD-технологии — высокая плотность монтажа, недостижимая для традиционного подхода. Главный недостаток — низкая ремонтопригодность изделия, но, как уже отмечалось, в современных устройствах ремонт электроники осуществляется заменой готового блока.
В 2000-х годах произошел переход в жидкокристаллических дисплеях и телевизорах от подсветки матрицы люминесцентными лампами с холодным катодом к светодиодной подсветке. Для этого были созданы специальные SMD-светодиоды, так как светодиоды в распространенных тогда DIP-корпусах для подсветки дисплеев не подходили. В производство SMD-свето-диодов были вложены значительные средства, в результате к концу 2000-х годов предложение на рынке стало опережать спрос. И тогда производители обратили свой взор в сторону быстро развивающегося рынка светодиодного освещения.
Полупроводниковая светотехника в конце 2000-х развивалась в направлении применения в светильнике или лампе-ретрофите как можно меньшего числа светодиодов с как можно большей мощностью каждый. Тогда казалось, что это приведет к удешевлению светильников: чем меньше светодиодов, тем меньше затрат на их установку. Уже тогда были освоены в массовом производстве светодиоды мощностью до 3 Вт каждый, и, казалось, можно наращивать мощность отдельного светодиода. Но обнаружилось, что такой подход ведет только к удорожанию светильника, так как нужно использовать высокоэффективные теплоотводы, а также специальные оптические системы, чтобы не слепило глаза мощное световое излучение, исходящее от точечного источника.
Следует помнить, что SMD — это всего лишь технология монтажа и она может использоваться для самых разных типов светодиодов. Корпус, пригодный для SMD-монтажа, могут иметь и некоторые модели мощных светодиодов (порядка 3 Вт). Для таких SMD-светодиодов рассматриваемая здесь система обозначения типоразмера обычно не применяется, производители светильников приводят полное название светодиода.
На основе SMD-светодиодов стали строить по-настоящему массовые светильники и лампы-ретро-фиты. Если использовать большое количество светодиодов малой мощности (не более 0,2 Вт), то для их охлаждения будет достаточно естественной циркуляции воздуха вдоль платы. Для получения мягкого, рассеянного освещения достаточно простейшего рассеивателя, а в ряде случаев можно обойтись и без него. При этом необходимость в монтаже десятков, а то и сотен светодиодов в одном светильнике не является проблемой, так как процесс монтажа SMD-светодио-дов полностью автоматизирован.
Типоразмер SMD-светодиода обозначается четырьмя цифрами. Первые две цифры — округленное до целого значение длины корпуса в миллиметрах, умноженное на 10. Следующие две цифры — округленное до целого значение ширины корпуса в миллиметрах, умноженное на 10. Например, корпус светодиода SMD 3528 имеет размеры 3,5 х 2,8 мм.
В одном корпусе SMD-светодиода может располагаться не один, а несколько кристаллов. Они могут иметь отдельные выводы или же быть соединены последовательно.
Причины зависимости параметров от типоразмера
Безусловно, размеры корпуса косвенно влияют, например, на такой параметр, как максимально допустимая мощность, подаваемая на светодиод. Или на напряжение питания (в большем корпусе можно разместить большее количество кристаллов, соединенных последовательно). Но могут ли они оказать влияние, скажем, на индекс цветопередачи? И, если да, чем обусловлено такое влияние?
Помимо уже упомянутых физических параметров, напрямую зависящих от размеров корпуса светодиода, есть еще как минимум два фактора, определяющих его характеристики. Во-первых, это то, для каких применений изначально разрабатывались SMD-све-тодиоды данного типоразмера. Ситуация на рынке светотехники быстро меняется. Разработали, например, хорошие SMD-светодиоды специально для замены люминесцентных ламп, а тут случилось перепроизводство ретрофитов. Тогда вместо ретрофитов эти светодиоды идут в светильники. Во-вторых, время появления данного типоразмера на рынке. Для SMD-светодиодов каждый типоразмер жестко привязан к технологическим процессам. Причем для определенного типоразмера эти процессы у разных производителей практически одинаковы. Если технологию усовершенствовали, то в результате, как правило, хоть на долю миллиметра, но размеры корпуса изменились. Именно это обстоятельство и позволяет указывать в данных по светильникам в качестве основного параметра светодиодов их типоразмер.
Для снижения себестоимости готовой продукции компании, производящие светильники, практикуют закупки SMD-светодиодов от разных производителей, какие в данный момент стоят дешевле. В разных партиях светильника одной и той же модели могут применяться светодиоды различного происхождения, но их типоразмер остается неизменным.
Рассмотрим наиболее распространенные типоразмеры SMD-светодиодов и свойственные им особенности.
SMD 3528
Самый «древний» типоразмер SMD-светодиодов, появился еще в середине 2000-х годов. Изначально разрабатывался для подсветки ЖК-матриц, для чего он используется до сих пор. Именно на его примере были перенесены технологии из подсветки ЖК-матриц в освещение.
Из-за особенностей конструкции мощность SMD 3528 ограничена значением 0,1 Вт
Внутри светодиода SMD 3528 находится только один кристалл, поэтому падение напряжения в прямом направлении для белого светодиода лежит в пределах от 2,8 до 3,5 В. Корпус, как правило, имеет два вывода.
Недостатком светодиодов типоразмера 3528 является плохой отвод тепла от кристалла. По сути, отвод тепла возможен только в воздух, обтекающий корпус небольших размеров, а также в плату через паяные соединения, но размер контактных площадок тоже очень маленький. Все эти обстоятельства ограничивают подводимую к светодиоду мощность значением 0,1 Вт.
Основным преимуществом типоразмера 3528 является исключительная дешевизна светодиодов. Главным образом это связано с тем, что используются уже давно существующие производственные линии, затраты на которые уже многократно окупились. При этом, как правило, используются морально устаревшие технологии, из-за чего светоотдача таких светодиодов составляет порядка 70 лм/Вт.
Оптимальное применение SMD 3528 в светотехнике — светодиодные ленты для декоративной подсветки. Малые размеры корпуса в сочетании с дешевизной позволяют размещать светодиоды на ленте с большой плотностью, в результате чего при взгляде издалека светодиоды сливаются в непрерывную линию.
Светодиоды SMD 3528 — удачный выбор для декоративных светодиодных лент
Но для мощных осветительных лент, светильников, а также ретрофитов типоразмер 3528 не подходит, хотя в самой дешевой продукции малоизвестных производителей и применяется. Обычно для достижения приемлемых для светильника параметров светодиоды SMD 3528 «разгоняют», то есть вводят в форсированный режим, не предусмотренный разработчиками. Обратной стороной «разгона» является снижение времени службы светодиода против заявленного производителем.
SMD 2835
Тем не менее, размеры светодиода 3,5 х 2,8 мм оказались удобными для лент и ретрофитов. В результате в 2011 году была предложена конструкция корпуса такого светодиода, отличающаяся пониженным тепловым сопротивлением (4°С/Вт). Такой корпус имеет контактные площадки увеличенного размера, что обеспечивает эффективный теплообмен с платой. Нижняя поверхность корпуса ровная, в некоторых моделях светодиодов, в дополнение к контактным площадкам, через которые подается питание, есть еще и контактная площадка для теплоотвода.
Типоразмер 2835 пригоден не только для лент, но и для офисных светильников
Новый типоразмер назвали SMD 2835. То есть размеры те же, но изменения отражены перестановкой двух групп цифр в обозначении.
Максимальная подводимая мощность для типоразмера 2835, в зависимости от модификации, может составлять от 0,2 до 1 Вт. Светоотдача составляет около 100 лм/Вт.
Обычно в корпусе 2835 только один кристалл, но для мощных светодиодных лент выпускаются светодиоды SMD 2835 стремя кристаллами, включенными последовательно, прямое напряжение на таком светодиоде составляет 9-10 В.
Основное предназначение светодиодов SMD 2835 — ретрофиты и мощные осветительные ленты. Есть удачные примеры использования данного типоразмера и в недорогих офисных светильниках.
SMD 5050
Размер корпуса увеличен до 5x5 мм, что позволило разместить в нем три кристалла. Корпус имеет шесть выводов, то есть у каждого светодиода есть своя пара выводов. Выпускаются белые или монохромные светодиоды типоразмера 5050, а также RGB светодиоды. Для белых или монохромных можно реализовать последовательное соединение кристаллов, в результате чего прямое напряжение на белом светодиоде, в зависимости от модификации, составляет от 8,4 до 11,5 В. Данная возможность оказалась очень востребованной производителями светодиодных лент, так как позволяет использовать в ленте только параллельное соединение светодиодов. А это, в свою очередь, при напряжении питания 12 В уменьшает шаг резки ленты до одного светодиода против треху SMD 3528.
Отличительная особенность SMD 5050 — возможность размещения в корпусе трех кристаллов разных цветов
Недостатком типоразмера 5050 заключается в том, что в конструкции такого корпуса был «законсервирован» технологический уровень конца 2000-х годов, когда он был разработан. Тепло может отводиться за счет обтекания корпуса воздухом или за счет передачи на плату через контактные площадки небольшого размера, используемые для подачи питания. Суммарная подводимая мощность для всех кристаллов такого светодиода не превышает 0,2 Вт, хотя, конечно, производители бюджетных светильников и ретрофи-тов широко применяют «разгон». Наличие трех кристаллов в одном корпусе дает повышенный нагрев, так что при «разгоне» светодиоды типоразмера 5050 очень быстро выходят из строя. Производители сверхбюджетных светильников очень любят типоразмер 5050 за повышенное прямое напряжение, что упрощает построение светильника по бездрайверной схеме, характеризующейся высоким уровнем пульсации.
Светодиоды типоразмера 5050 продолжают совершенствоваться, так как для недорогих декоративных светодиодных лент, особенно RGB, ничего лучше пока не придумали. Светоотдача для светодиодов белого свечения составляет 80-90 лм/Вт. Но для светильников и ретрофитов типоразмер светодиодов 5050 безнадежно устарел.
SMD 5060
На самом деле, этот типоразмер должен по правилам называться SMD 5055, так как размер корпуса составляет 5 х 5,5 или 5 х 5,4 мм. Но по маркетинговым причинам его назвали SMD 5060, чтобы подчеркнуть принадлежность к следующему поколению по сравнению с предшественником SMD 5050.
Помимо небольшого увеличения размера корпуса, снижено температурное сопротивление, что обеспечило лучший тепловой режим для светодиодов. Это позволило повысить надежность светодиодов и увеличить светоотдачу до 100 лм/Вт. Верхний предел подводимой мощности поднялся до 0,3 Вт. Улучшение температурного режима работы коснулось и люминофора, что повысило стабильность его параметров. Поэтому белые светодиоды SMD 5060 обладают более высоким CRI (около 80) по сравнению с SMD 5050.
В остальном конструкция сохранила прежние особенности: 3 кристалла, 6 выводов, возможность создания RGB-светодиодов в данном типоразмере.
Основное применение SMD 5060 — осветительные светодиодные ленты. Как правило, такие светодиоды устанавливают в современные ленты с напряжением питания 24 В, шаг резки составляет 2 светодиода.
SMD 5630
Предыдущие типоразмеры предусматривали квадратную или схожую с ней форму. Но, с точки зрения эффективности теплоотвода, предпочтительно соотношение сторон корпуса SMD-светодиода, близкое к 2:1. Когда этот факт был установлен учеными, производители SMD-светодиодов стали разрабатывать типоразмеры с данным соотношением. Люминофор в таких светодиодах занимает почти всю лицевую поверхность, что обеспечивает более мягкий свет. Большие контактные площадки, гладкая нижняя поверхность и наличие (опционально) специальной дополнительной площадки для отвода тепла позволяют повысить подводимую мощность до 0,3 Вт.
Светодиоды SMD 5630 широко используются в лампах-ретрофитах
В светодиодах типоразмера SMD 5630 используется только один чип, но контактных площадок предусмотрено четыре, что улучшает тепловой контакт и делает более прочным крепление. Последнее обстоятельство делает удобным применение SMD 5630 в лампах типа «кукуруза», где светодиоды располагаются на поверхности корпуса лампы. Другой сферой применения SMD 5630 являются мощные осветительные ленты.
SMD 5730
Относительно современный типоразмер. По сравнению с SMD 5630 имеет немного большие размеры и только два вывода. Подводимая мощность может достигать, в зависимости от модификации, 0,5 или даже 1 Вт. Светоотдача составляет 100-130 лм/Вт. Всего этого удалось достичь благодаря расположению светодиода на металлической подложке, которая с нижней стороны корпуса находится в непосредственном контакте с платой.
Наиболее распространенные типоразмеры SMD-светодиодов
Типоразмер | Подводимая мощность, не более, Вт | Светоотдача, лм/Вт | Особенности | Оптимальные сферы применения |
|---|---|---|---|---|
2835 | 0,1 | Около 70 | Низкая цена | Декоративные светодиодные ленты |
3014 | 0,1 | 100-140 | CRI до 90 | Дизайнерские светильники, осветительные и декоративные светодиодные ленты |
3528 | 1 | Около 100 | Большая мощность | Осветительные светодиодные ленты, офисные светильники |
5050 | 0,2 | 80-90 | Три кристалла, возможность RGB | Декоративные светодиодные ленты |
5060 | 0,3 | Около 100 | Высокая надежность, три кристалла, возможность RGB | Осветительные светодиодные ленты |
5630 | 0,3 | Около 100 | Прочное крепление, хороший теплоотвод | Лампы- ретроф иты, осветительные светодиодные ленты |
5730 | 1 | 100-130 | Большая мощность | Промышленные светильники, осветительные светодиодные ленты |
Благодаря высокой светоотдаче, светодиоды SMD 5730 нашли свое применение в модулях для промышленного освещения. Также светодиоды типоразмера SMD 5730 иногда используются в мощных осветительных лентах.
Пример мощной осветительной ленты со светодиодами SMD 5730
SMD3014
Наиболее современный типоразмер, такие светодиоды массово выпускаются с 2013 года. Изначально этот типоразмер разрабатывался для решения задачи замены люминесцентных ламп Т5 на светодиодные ретрофиты. Это предъявляло повышенные требования к светодиодам, так как указанный тип ламп имел светоотдачу более 100 лм/Вт, а также высококачественный трехполосный люминофор, обеспечивающий превосходную точность цветопередачи. Поэтому светодиоды типоразмера SMD 3014 имеют светоотдачу 100-140 лм/Вт и CRI, достигающий 90. Позже выпуск светодиодных ретрофитов Т5 для широкого применения был признан экономически нецелесообразным, тем не менее, светодиоды SMD 3014 продолжили свою жизнь в качестве источника света с высокими характеристиками.
В корпусе размещается один, реже — два кристалла, соединенных последовательно. Прямое напряжение составляет приблизительно 3 или 6 В, в зависимости от количества кристаллов.
Металлические контактные площадки, через которые подводится электропитание, занимают почти всю площадь нижней поверхности, что обеспечивает отличный теплоотвод. SMD 3014 — самый маленький типоразмер для SMD-светодиодов, предназначенных для освещения, подводимая мощность не превышает 0,1 Вт. Но зато эти светодиоды можно размещать близко друг к другу, что открывает новые возможности для дизайнеров. Благодаря своим особенностям, SMD 3014 используются также в светильниках и светодиодных лентах с переменной цветовой температурой.
Типоразмер 3014 создавался изначально для замены люминесцентных ламп Т5, но потом его сфера применения была расширена
Заключение
Безусловно, параметры SMD-светодиодов определяются не только типоразмерами, но еще и качеством кристаллов, а также люминофора. Тем не менее, знание особенностей тех или иных типоразмеров позволяет избежать грубой ошибки при выборе светильника или же светодиодной лампы, когда, ради удешевления, в устройство установлены светодиоды, явно непредназначенные для такого применения.
© Алексей Васильев
