LED matriisi. COB- ja SMD-LED-ryhmiin perustuvat valaistuslaitteet Väliaikainen valaistusjärjestely

O. Knyazev, Stroy-TK Group of Companies, toukokuu 2017

Tällä hetkellä Venäjän LED-valaistusmarkkinat kokevat nousukauden; sekä korkean teknologian kalliit lamppu- ja valonheitinmallit, joiden takuuaika on 3-7 vuotta, että halvat LED-tuotteet, jotka eivät todennäköisesti toimi ilman vikoja ainakaan 1 vuosi, ovat myynnissä. Yritetään ymmärtää tämä lausesarja.

Mistä halvat kertakäyttöiset "käsityöt" tulevat?

Paradoksaalista kyllä, asiakas on syyllinen suureen määrään halpoja kuluttaja-LED-lamppuja, koska asiakkaan tärkein valintakriteeri on hinta.

Tilanne toistaa itseään, kuten ennenkin: jos halvoille tuotteille on kysyntää, myös Keski-Britannian valmistajat tarjoavat tarjonnan! Koska kenelläkään ei ole monopolia Kiinasta tulevaan tuontiin, kilpailijat alkavat vaatia valmistajilta jatkuvasti, erästä erää, alhaisempia ostohintoja yksinkertaisesti voittaakseen kilpailijat markkinoilla alhaisella hinnalla. Kaikella on kuitenkin kohtuulliset rajat, ja tuotteiden kustannusten jatkuva alentaminen säilyttäen samalla kaikki perusominaisuudet on yksinkertaisesti mahdotonta. Joten peli alkaa heikentää suorituskykyä, luotettavuutta jne. - jos vain myydään valaistuslaitteita minimitakuulla. Ja tämä huolimatta siitä, että LEDeille ilmoitetaan hulluja käyttöaikoja - 50 - 100 tuhatta tuntia.

Mikä on COB

COB-tekniikka, hiljattain MCOB (Multi Chip-on-Board) - on käännetty "Chip-on-Board". Pidetään edistyneimpään saatavilla olevaa LED-tekniikkaa.

Sitä voidaan kuvata lyhyesti seuraavasti: kiteiden sijoittaminen levylle ilman pakkauksia ja keraamisia substraatteja sekä kaikkien näiden kiteiden peittäminen yhteisellä fosforikerroksella. LED-kiteet sijaitsevat hyvin lähellä toisiaan - sijoitustiheys voi olla 70 kiteitä per 1 cm 2, ts. kiteet sulautuvat käytännössä yhdeksi kenttään ja matriisin luminesenssi osoittautuu hyvin tasaiseksi, kiteiden yksittäisiä pisteitä ei voi erottaa.

Tärkeä tekniikan plussa on säteilevän valon laatu. COB-matriisivalaisimilla valaistuissa kohteissa on selkeä varjoraja valovirran tasaisen jakautumisen vuoksi. SMD-LEDeihin perustuvat valaisimet eivät valitettavasti voi ylpeillä tällaisella kontrastilla, koska avaruudessa on paljon yksittäisiä kiteitä ja heijastimia, jotka ovat kaukana toisistaan.

COB-matriisien energiatehokkuus voi olla 170 lm / W.

COB:n edut

MCOB-tekniikan tärkeimmät edut ovat:

  1. Korkea valotehokkuus (yli 100 lm / W);
  2. Kyky saavuttaa korkea valovirran voimakkuus suhteellisen pienellä koolla;
  3. Yhteensopiva eri ajureiden kanssa, mm. himmennettävä;
  4. Valovirran tasaisuus, ei varjovaikutusta;
  5. Kompakti, pieni koko, eri muotojen saatavuus;
  6. Mahdollisuus valmistaa matriiseja minkä tahansa värilämpötilan välillä 2700K - 7000K;
  7. Värintoistoindeksi jopa 90Ra;

COB:n haitat

COB-tekniikan suurin haittapuoli on pakollinen hyvän lämmönpoiston varmistaminen tehokkaasta COB-matriisista, jota on vaikea varmistaa, koska matriisin pinta-ala on pieni ja lämmön ylijäämää on vaikea poistaa pieneltä kosketusalueelta.

Tässä piilee saalis: halpa ja siksi alunperin huonolaatuinen COB-matriisi, joka on asennettu jäähdytyspatteriin ilman liitäntäpintojen asianmukaista asennusta ja käsittelyä, ei jäähdy tarpeeksi, alkaa ylikuumentua ja lopulta palaa.

Vahvistukseksi voimme mainita seuraavan tosiasian: ei niin kauan sitten, huoltokeskukseen vastaanotettiin 57 LED-valonheitintä (COB), joiden teho oli 100 W. Ulkonäön perusteella (katso kuva) halvasta GS Light -sarjasta.

Diagnosoinnin jälkeen paljastettiin, että suurimmassa osassa valonheittimiä (49 kpl) COB LED -matriisi oli epäkunnossa ja lopuissa 8 tapauksessa - LED-ohjain.

Mikä on SMD

SMD-tekniikka (Surface Mounting Device) - voidaan kirjaimellisesti kääntää "pinta-asennuslaitteeksi".

Suurin ero tämän tekniikan ja "perinteisen" läpireikätekniikan välillä on, että komponentit on pinta-asennettu levylle. Tämä varmistaa rakenteen pienemmät mitat, paremman lämmönpoiston ja suorituskyvyn vaihtelun. Tämä malli on tällä hetkellä yleisin valaistuksessa ja sitä käytetään melkein kaikissa valonlähteissä.

SMD-tekniikka on nykyään yleisin LED-valaistuksessa ja sitä käytetään lähes kaikissa valaisimissa.

Tämä tekniikka on itse asiassa luotu tehokkaan hajavalaistuksen järjestämiseen, mikä saavutetaan jakamalla huomattava määrä pieniä LEDejä koko valaisimen alueelle (yhdessä tuotteessa on jopa 700 kpl), mikä mahdollistaa käyttää valaisimissa lisäoptiikkaa, vain kotelolampun tavallista suojalasia. Dispersioasteen lisäämiseksi (esimerkiksi tietokonelaitteistoilla varustetut huoneet) käytetään maitomaista, prismaattista tai mikroprismaattista diffuusoria.

Koska LEDit sijaitsevat suuren pinta-alan alumiinitangon päällä ja niiden välinen etäisyys on riittävän suuri, LEDin jäähdyttäminen ei aiheuta suuria vaikeuksia, joten SMD-palkkien kestävyys kunnollisella virtalähteellä.

SMD-linjoilla varustettujen lamppujen haitoista on huomattava, että niitä on erittäin vaikea korjata, koska jos yksi LED epäonnistuu, koko linja lakkaa palamasta, ja SMD-LEDin vaihtaminen itse on melko työläs tehtävä. Koko linjan vaihtaminen on jo nyt taloudellisesti kallista. Oikeudenmukaisuuden vuoksi on sanottava, että suurin osa Venäjän LED-valaisimien valmistajista korvaa takuutapauksessa koko sarjan.

COB- ja SMD-sovellukset

1. Yleinen tapaus

Jakson tekisin näin: jos valaisinrungon muotokerroin sallii riittävän suuren jäähdytyspatterin sijoittamisen, niin voit käyttää COB LED -valaisimia rajoittamalla ne 30 wattiin. Kaikki tehokkaammat valaistuslaitteet ovat yksinomaan SMD:tä. Yleensä se on ihanteellinen vaihtoehto LED-valaistuksen käyttöönotolle.

2. Luovutin esineen ja unohdin

Jos tehtävä on juuri tämä - luovuttaa esine ja juosta karkuun, sinun on tietysti käytettävä halpoja lamppuja tai suuritehoisia COB-matriisivalonheittimiä. Heidän työaikansa pitäisi riittää, jotta ehdit piiloutua silmistä... :)

3. Lyhyt työaika

Jos lamppu tai valonheitin toimii satunnaisesti ja syttyy muutamaksi minuutiksi (esimerkiksi se on varustettu läsnäolotunnistimella ja syttyy vain ihmisten ohittaessa), voit valita turvallisesti COB:n. Matriisilla ei yksinkertaisesti ole aikaa ylikuumentua.

4. Väliaikaisen valaistuksen järjestäminen.

Väliaikaisen valaistuksen järjestämiseen (esimerkiksi rakennustyömaalla viimeistelytöissä) suosittelen käyttämään COB-valonheittimiä, joiden teho on 20-30 wattia.

5. Varastojen, teollisuustilojen valaistus

Varastoissa, teollisuusrakennuksissa ja tiloissa käytetään yleensä tehokkaita lamppuja, jotka on ripustettu korkealle (6-12 metrin) korkeudelle. Niiden sähkövalaistukseen on erittäin suositeltavaa käyttää SMD LED -linjoilla valmistettuja lamppuja. Valaisimia valittaessa on kiinnitettävä erityistä huomiota hyvin erottuvien lämpöpattereiden olemassaoloon, joiden tarkoituksena on ohjata ylimääräistä lämpöä ympäristöön.

LED-matriisit ovat teknologinen yhdistelmä yhdellä alustalla useista valoa emittoivista puolijohdekiteistä, joissa on yhteinen täyttö fosforin ja silikonin seoksella.

LED-matriisien syntyminen liittyy kehitykseen (Chip-on-Board), joka kirjaimellisesti käännetään "siruksi aluksella". Tämä tekniikka on korvannut SMD-LEDit, sille on ominaista korkea tuotantoautomaatioaste ja se on johtanut LED-lamppujen ja valonheittimien hintojen huomattavaan laskuun.

Tyypit ja käyttöalueet

Säilyttämällä yhtenäisen periaatteen LED-kiteiden sijoittamisesta lämpöä johtavalle alustalle, LED-matriisit eroavat merkittävästi yhden alustan kiteiden lukumäärästä ja niiden liittämisestä toisiinsa.

Yhdellä substraatilla olevien kiteiden määrä määrittää matriisin lopullisen tehon, joka voi olla satoja watteja tuotetta kohden. Tehokkaat matriisivalonlähteet ovat todistaneet itsensä valonheittimissä ja katuvalaisimissa. Tapa, jolla kiteet on kytketty toisiinsa, määrää kyvyn ohjata yksittäisten kiteiden hehkua ja matriisin virtalähteen parametreja. Sisäisten kytkentöjen sarja-rinnakkaisrakenne mahdollistaa virran pienentämisen ja syöttöjännitteen lisäämisen, mikä heijastuu matriisituotteiden ominaisuuksiin.

Toinen ominaisuus kiteiden sisäisissä kytkennöissä toisiinsa ulkoisilla johtimilla on mahdollisuus käyttää LED-matriisirakenteita infotauluissa ja graafisissa tai merkkinäytöissä. Tällaisia ​​LED-matriiseja käytetään ohjaus- ja mittauslaitteissa sekä kaikenlaisissa mainosasennuksissa.

Vanhemmissa malleissa tietotauluille, graafisille tai merkkinäytöille suunniteltiin LED-matriiseja DIP- tai SMD-LED-valojen perusteella.

Kaaviokuva

Kuten edellä todettiin, LED-kiteiden sarja-rinnakkaiskytkentä määrittää matriisiteholähteen vaatimukset. Mitä korkeampi syöttöjännite, sitä enemmän LEDejä on kytketty sarjaan. Tämä ominaisuus vähentää vaatimuksia ohjaimien lähtövirroille, mutta jos sarjapiirin yksi kide rikkoutuu, koko piiri lakkaa lähettämästä valoa. Virta jaetaan uudelleen toimiville LED-siruille, mikä nopeuttaa niiden hajoamista ja lyhentää merkittävästi LED-matriisin käyttöikää kokonaisuudessaan.

Ongelman ratkaisemiseksi jotkut valmistajat yhdistävät kaikki matriisin sisällä olevat LED-sirut samanaikaisesti sarjaan ja rinnan. Tämä ominaisuus vähentää merkittävästi LED-matriisin epäonnistumisen mahdollisuutta yhden sirun palamisen vuoksi. LEDien rinnakkaiskytkentä samassa matriisirakenteessa vaatii ohjaimelta suuria lähtövirtoja, mutta kokonaisemissiivisyyteen ei käytännössä vaikuta yhden tai kahden kiteen vika. LED-näyttöjen matriiseilla on monimutkainen sisäinen kytkentäjärjestelmä, joka määräytyy kunkin LED-ohjauksen vaatimuksista erikseen. Tällaisten LED-matriisien ohjaamiseksi on luotu erityisiä integroituja prosessoreita ja mikropiirejä.

Yhteys

LED-matriisien kytkentäkaavioissa niiden luotettavuuden määräävinä tekijöinä on kaksi keskeistä kohtaa - riittävä patterin pinta-ala lämmön hajaantumiseen ja syöttövirtojen stabilointiin. Molemmat tekijät liittyvät suoraan puolijohdekiteiden lisääntyneeseen hajoamiseen, kun niiden lämpötilat ylittyvät suurimman sallitun arvon yläpuolella.

Kiteen lämpötilan nousu johtuu sekä jäähdytyspatterin riittämättömästä pinta-alasta että liian suuresta kulkuvirrasta.

Tasavirran käyttöarvot ilmoitetaan LED-matriisien parametreissa, ja likimääräiseen säteilijän alueen valintaan voit käyttää lukua 20-25 cm² per 1 W matriisitehoa. On pidettävä mielessä, että tällainen alue vaaditaan ympäristön lämpötilassa 35 ° C: een asti. Korkeammissa lämpötiloissa jäähdyttimen työskentelyaluetta tulee suurentaa tai täydentää aktiivisella jäähdytyksellä.

Valittaessa LED-matriiseja, joissa on sisäänrakennettu ohjain ja virtalähde 220 V verkosta, on otettava huomioon, että tällaiset valonlähteet eivät sovellu henkilön vakituisten asuinpaikkojen valaisemiseen.

Suuren kapasiteetin elektrolyyttikondensaattorien puuttuminen 220 voltin verkosta saatavassa ohjauspiirissä määrää korkean emittoivan valon, jonka haitallinen vaikutus ihmisten terveyteen on todistettu monilla tieteellisillä tutkimuksilla.

Johtopäätös

Valoa emittoivien LED-kiteiden parametrien parantaminen johtaa yhä tehokkaampien matriisirakenteiden syntymiseen, joiden lähtöteho on jo saavuttanut 300 wattia tai enemmän.

Tämä trendi yhdistettynä ominaisvalovirran kasvuun 1 wattia syöttötehoa kohden määrää LED-matriisien jatkokehityksen ja niiden ylivoimaisen kehityksen valaistuslaitemarkkinoilla.

Lue sama

Ilmaistakaamme näkemyksemme tästä dilemmasta, joka alkaa muistuttaa keskustelua siitä, kumpi on parempi, iOS vai Android. Tähän kysymykseen ei ole varmaa vastausta. On välttämätöntä ymmärtää selvästi diodiryhmää käyttävän valaisimen tarkoitus. Joillekin COB on parempi, toisille SMD.

COB matalatehoisille alasvaloille

Esimerkiksi COB ylittää selvästi kaupalliset kohdevalot. Kuten ratavalot, alasvalot ja muut korostusvalot.

Kaupallisen valaistuksen hajauttamiseen soveltuu paremmin perinteinen LED-nauha tai viivain, joka on asennettu valaisimen rungon kehälle hajottimen alle. COB-matriisit eivät toimi huonosti katuvalonheittimissä, joiden teho on enintään 50 wattia.

SMD yli 50 W:n teollisuusdomevaloihin

Mitä tulee teollisuusyritysten valaistukseen, esimerkiksi teollisissa LED-lampuissa, kello
On lähes mahdotonta löytää COB-matriisia (katso kuva oikealla) maailmankuuluilta edistyneiltä valmistajilta, vaikka muutama vuosi sitten kaikki rakastivat tällaisia ​​​​kokeita.

Teollisuuden COB LED-kupolivalaisimet ovat huomattavasti halvempia kuin SMD-diodilevyvalaisimet, kuten teollisuuskupolivalaisimet.

Tämä johtuu siitä, että saman valmistajan COB-matriisi diodeilla on 30-50% halvempi, mikä alentaa valaisimen kustannuksia. Huono puoli on tunnetuimpien teollisuus- ja katuvalovalmistajien arvioiden mukaan COB-matriisien toistuva vaihto takuun alaisena, jos lampun teho on yli 50 W.

Yhdessä tehtaissamme, jonka kanssa teemme yhteistyötä, kerrottiin tarina siitä, kuinka teollinen LED-lamppu, jossa oli korkealaatuinen lämmönpoistojärjestelmä ja laadukas COB-diodi, unohdettiin sirun kanssa pöydälle ja pöytä syttyi. 2 tunnissa.

Todellinen kokemus

Omasta käytännöstämme tiedämme tarinan siitä, kuinka suuren yrityksen energiainsinööri osti säästääkseen rahaa laadun kustannuksella COB-diodilla varustetut teollisuuskupolilamput ja nyt hänen on maksettava väärästä päätöksestään: joka vuosi vaihtaa diodilevyjä 15-20% lampuista ...

Jotta hän ei joutuisi viranomaisten moittimiseen väärästä valinnasta kerralla, hän pyytää laskuttamaan loistelamppuja ja erilaisia ​​sähkökuluja COB-matriisien sijaan piilottaakseen todelliset kustannukset.

COB-diodien hajoaminen

Älä unohda suuritehoisten teollisuusvalaisimien diodien todellista heikkenemistä, joka käyttäjien havaintojen mukaan on korkeampi suuritehoisissa COB-elementeillä varustetuissa valaisimissa. Mutta hyvin harvoin joku suorittaa vuotuisia mittauksia huoneen valaistuksesta.

COB-diodien sokaiseva vaikutus

Toinen käyttäjien havainto on, että teollisissa COB-LED-kupuvalaisimissa varastoissa ja työpajoissa on voimakkaampi häikäisyvaikutus, mikä vaikeuttaa henkilökunnan työskentelyä korkealla.

Asiantuntijan mielipide: “Näkemyksemme: COB LED -valaisimet ovat paras ratkaisu korostusvalaistukseen ja keskitehoisiin valaisimiin 50 W asti. Ainoat poikkeukset ovat monimoduulijärjestelmät, joissa jokainen moduuli on erillinen kohtalaisen tehon COB-matriisi. Yli 50 watin valaistukseen on parempi käyttää teollisuuskellolamppuja SMD-matriisilla. Lisäksi mitä enemmän diodeja 1 wattia kohden, sitä parempi", sanoo Aleksei Frolov, Grandenergoproektin valaistusinsinööri.