Светодиодные матрицы представляют собой технологическое объединение на одной подложке нескольких светоизлучающих полупроводниковых кристаллов, с общей заливкой смесью люминофора и силикона.

Появление LED-матриц связано с разработкой (Chip-on-Board), что дословно переводится как «чип на плате». Эта технология пришла на смену SMD светодиодам, отличается высокой степенью автоматизации производства и привела к существенному снижению цен на светодиодные светильники и прожектора.

Виды и области применения

Сохраняя единый принцип размещения светодиодных кристаллов на теплопроводящей подложке, светодиодные матрицы существенно отличаются по количеству кристаллов на одном основании и способам их соединения между собой.

Количество кристаллов на одной подложке определяет итоговую мощность матрицы, которая может достигать сотен ватт на одно изделие. Мощные матричные источники света хорошо зарекомендовали себя в прожекторах и светильниках для уличного освещения. Способ соединения кристаллов между собой определяет возможности управления свечением отдельных кристаллов и параметры блока питания для матрицы. Последовательно-параллельная структура внутренних соединений дает возможность снизить ток и увеличить величину питающего напряжения, что находит свое отражение в характеристиках матричных изделий.

Еще одной особенностью внутренних соединений кристаллов между собой с внешними выводами выступает возможность использования светодиодных матричных структур в информационных табло и в графических или символьных экранах. Такие LED-матрицы находят свое применение в контрольно-измерительной аппаратуре и всевозможных инсталляциях рекламного характера.

В устаревших моделях, для информационных табло, графических или символьных экранов, светодиодные матрицы конструировались на основе DIP или SMD-светодиодов.

Принципиальная схема

Как отмечалось выше, последовательно-параллельная схема соединения светодиодных кристаллов между собой определяет требования к источнику питания матрицы. Чем выше напряжения питания, тем больше светодиодов объединены в последовательные цепи. Такая особенность снижает требования к выходным токам драйверов, но в случае выхода из строя одного кристалла в последовательной цепи, перестает излучать свет вся цепочка. Ток перераспределяется на рабочие LED-чипы, тем самым ускоряя их деградацию и серьезно уменьшая срок службы светодиодной матрицы в целом.

Для решения проблемы, некоторые производители соединяют все светодиодные чипы внутри матрицы одновременно последовательно и параллельно. Такая особенность значительно уменьшает возможность выхода из строя LED-матрицы вследствие перегорания одного чипа. Параллельное соединение светодиодов между собой в пределах одной матричной структуры требует больших выходных токов драйвера, но общая излучающая способность практически не страдает от выхода из строя одного или двух кристаллов. Матрицы для светодиодных табло имеют в своем составе сложную систему внутренней коммутации, что определяется требованиями управления каждым светодиодом в отдельности. Для управления такими LED-матрицами созданы специальные интегральные процессоры и микросхемы.

Подключение

В схемах подключения светодиодных матриц определяющими факторами их надежности выступают два ключевых момента - достаточная площадь радиатора для отвода тепла и стабилизация питающих токов. Оба этих фактора напрямую связаны с усиленной деградацией полупроводниковых кристаллов при превышении их температур выше максимально допустимой.

К повышению температуры кристалла приводит, как недостаточная площадь радиатора охлаждения, так и слишком высокий проходящий ток.

Рабочие величины постоянного тока указываются в параметрах светодиодных матриц, а для ориентировочного выбора площади радиатора можно использовать цифру 20-25 см² на 1 Вт мощности матрицы. При это следует учитывать, что такая площадь необходима при температурах окружающего воздуха до 35 °С. При более высоких температурах рабочую площадь радиатора следует увеличить либо дополнить активным охлаждением.

При выборе светодиодных матриц со встроенным драйвером и питанием от сети 220 В необходимо учесть, что такие источники света не подходят для освещения мест постоянного пребывания человека.

Отсутствие в схеме драйвера с питанием от сети 220 вольт электролитических конденсаторов большой емкости определяет высокий излучаемого света, вредное влияние которого на здоровье человека доказано множеством научных исследований.

Заключение

Совершенствование параметров светоизлучающих светодиодных кристаллов ведет к появлению все более мощных матричных структур, выходная мощность которых уже достигла 300 и более Вт.

Такая тенденция, в сочетании с повышением удельного светового потока на 1 Вт подводимой мощности, определяет дальнейшее развитие светодиодных матриц и их опережающее развитие на рынке осветительной техники.

Читайте так же

Считается, что одним из самых эффективных способов общего снижения уровня энергозатрат сегодня является организация систем искусственного освещения с использованием светодиодов.

При одинаковом световом потоке энергопотребление светодиодных источников света примерно в 10 раз ниже, чем у обычной лампы накаливания. При этом служат они во много раз дольше, чем люминесцентные светильники.

Массовое использование светодиодных ламп до последнего времени сдерживалось их высокой ценой, которая во многом определяется достаточно сложной технологией изготовления. Так, для того, чтобы установить единичный кристалл на подложку (печатную плату) используют пайку в конвекционной печи.

Для снижения трудоемкости изготовления энергосберегающих источников света были разработаны светодиодные матрицы, представляющие собой в общем случае совокупность единичных светодиодов с общим (параллельное включение) или раздельным питанием.

В этом случае на одну подложку монтируется порядка 9 и более кристаллов, которые потом заливаются люминофором.

Эта технология значительно удешевила процесс изготовления светодиодных ламп и сделала их более доступными. Такие матрицы с успехом используются при изготовлении как осветительных приборов, так и индикационных устройств. Они не требуют пайки в конвекционной печи, их можно монтировать вручную или с помощью специальных крепежных модулей.

Диоды SMD (Surface Mounted Device с англ. «прибор, монтируемый на поверхность») несколько устаревший тип, конструктивно состоящий из металлической подложки (медь или алюминий), на которую монтируется кристалл, припаиваемый к контактам корпуса, где установлена подложка.

Кристалл накрывают линзой и/или покрывают люминофором. Такая технология дает возможность разместить на одной подложке до трех светодиодов. Используются они в производстве светодиодных лент для освещения и подсветки.

При этом в зависимости от количества кристаллов в матрице выпускаются ленты с количеством светодиодов 60 шт./м (1 кристалл) и 30 шт./м (3 кристалла). Яркость свечения лент со светодиодами, состоящими из трех кристаллов, естественно, выше, чем у лент со светодиодами на одном кристалле.

Выпускаются SMD матрицы и с кристаллами, имеющими разный цвет свечения (RGB тип). Светодиоды RGB типа управляются специальными контроллерами, которые регулируют яркость или мощность свечения, используя метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Подавая ток различной величины на каждый цветной кристалл можно изменять его общий световой поток, создавая причудливые сочетания цветов и яркости свечения.

Диоды СОВ (Chip On Board с англ. «чип на плате») наиболее распространенный тип матричных светодиодов. Конструктивно представляют собой подложку (плату), на которой монтируют большое количество бескорпусных кристаллов. Затем их заливают люминофором.

Большое количество кристаллов обеспечивает повышенную яркость светодиодов типа СОВ, которая на порядок превышает аналогичный параметр диодов SMD типа. Используются диоды типа СОВ как для освещения, так и в качестве индикационных устройств.

Filament светодиоды перспективная технология Chip On Glass, позволяющая устанавливать 28 кристаллов на стеклянную или сапфировую подложку.

Используются при изготовлении светодиодных ламп в прозрачных стеклянных колбах. При этом световой поток распространяется на 360°, что позволяет при одинаковой со светодиодами типа SMD и СОВ мощности получить большую освещенность.

© 2012-2019 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Выразим нашу точку зрения на эту дилемму, начинающую напоминать спор о том, что лучше, iOS или Android. Однозначного ответа на этот вопрос нет. Необходимо четко понимать назначение светильника, в котором используется диодная матрица. Для одних будет лучше COB, для других- SMD.

COB для маломощных светильников направленного света

К примеру, COB однозначно выигрывает в коммерческих светильниках направленного света. Таких, как трековые светильники, даунлайты и другие виды акцентирующей подсветки.

Для рассеивающего же коммерческого освещения больше подойдет обычная светодиодная лента или линейка, монтируемая по периметру корпуса светильника под рассеивателем. Вполне не плохо ведут себя COB-матрицы и в уличных прожекторах мощностью до 50 ватт.

SMD для промышленных купольных светильников более 50 Вт

Что касается освещения промышленных предприятий, то, к примеру, в промышленных светодиодных светильниках колокол
COB-матрицу (см. рисунок справа) у всемирно известных продвинутых производителей встретить уже практически не возможно, хотя несколько лет назад все любили подобные эксперименты.

Промышленные купольные светильники светодиодные с COB-матрицей значительно дешевле чем светильник с SMD-диодной платой, как например промышленные купольные светильники .

Это связано с тем, что COB-матрица с диодами одного и того же производителя стоит на 30- 50% дешевле, что снижает себестоимость светильника. Минусом же является, по отзывам большинства именитых производителей промышленного и уличного света, частые замены COB-матриц по гарантии, если мощность светильника более 50 Вт.

На одной из фабрик, с которыми мы сотрудничаем, нам рассказывали историю о том, как промышленный светодиодный светильник колокол с качественной системой теплоотвода и качественным COB-диодом забыли включенным на столе чипом вниз, и за 2 часа стол воспламенился.

Реальный опыт

Из нашей личной практики нам известна история о том, как энергетик на крупном предприятии в целях экономии в ущерб качеству купил промышленные купольные светильники с COB-диодами и теперь ему приходится расплачиваться за свое неверное решение: каждый год менять диодные платы в 15- 20% светильников.

Чтобы не получить нагоняй от начальства за то, что в свое время сделал не правильный выбор, он просит выставлять ему счета на люминисцентные лампы и различную электротехническую расходку вместо COB-матриц, для того, чтобы скрыть реальные расходы.

Деградация COB-диодов

Не стоит также забывать и про реальную деградацию диодов в мощных светильниках промышленного назначения, которая, по наблюдениям пользователей, у мощных светильников с COB- элементами выше. Но очень редко кто- то проводит ежегодные замеры освещенности помещения.

Ослепляющий эффект COB-диодов

Другим наблюдением пользователей является тот факт, что промышленные купольные светильники светодиодные с COB-матрицей на складах и в цехах дают более сильный ослепляющий эффект, что затрудняет работу персонала на высоте.

Экспертное мнение : «Наше мнение: светодиодные светильники с COB-матрицей – это лучшее решение для акцентирующего света и светильников умеренной мощности до 50Вт. Исключение составляют лишь многомодульные системы, в которых каждый модуль - это отдельная COB- матрица умеренной мощности. Для освещения более 50 ватт лучше использовать промышленные светильники колокол с SMD- матрицей. Причем, чем большее количество диодов на 1 ватт мощности, тем лучше», - говорит Алексей Фролов, инженер-светотехник «Грандэнергопроект».

Князев О.В., ГК «Строй-ТК», май 2017г.

В настоящее время рынок светодиодного освещения в России переживает свой бум, в продаже представлены как высокотехнологичные дорогие модели светильников и прожекторов, гарантийный срок на которые составляет 3-7 лет, так и дешевые светодиодные изделия, вряд ли отработающие без поломок хотя бы 1 год. Попытаемся разобраться в этом множестве предложений.

Откуда берутся дешевые одноразовые "поделки"

Как ни парадоксально - в наличии большого количества предложений дешевых ширпотребных светодиодных светильников виноват сам Заказчик, ведь основным критерием выбора для Заказчика является Стоимость.

Ситуация повторяется, как это было ранее с : если есть спрос на дешевую продукцию, производители из Поднебесной обеспечат и предложение! Поскольку на ввоз из Китая ни у кого нет монополии, конкуренты начинают требовать у производителей постоянного, от партии к партии, снижения закупочных цен, чтобы просто забить конкурентов на рынке низкой ценой. Однако всему есть разумные пределы и постоянное снижение стоимости изделий при сохранении всех основных характеристик просто невозможно. Вот и начинается игра на снижение эксплуатационных характеристик, надежности и т.п. - лишь бы продать осветительное оборудование, поставив минимальный срок гарантии. И это при том, что для светодиодов анонсируются сумасшедшие сроки наработки - от 50 до 100 тыс. часов.

Что такое COB

Технология COB, в последнее время MCOB (Multi Chip-on-Board) - переводится как «Кристалл На Плате». Считается наиболее продвинутой на сегодняшний день светодиодной технологией.

Кратко её можно описать так: размещение на плате кристаллов без корпусов и керамических подложек, а также покрытие всех этих кристаллов общим слоем люминофора. Кристаллы светодиодов располагаются очень близко друг к другу - плотность размещения может достигать 70 кристаллов на 1 см 2 , т.е. кристаллы практически сливаются в единое поле и свечение матрицы получается очень равномерным, отдельные точки кристаллов неразличимы.

Немаловажный плюс технологии - качество излучаемого света. Предметы, освещаемые светильниками на COB-матрице, имеют чёткую теневую границу за счет равномерного распределения светового потока. Светильники на SMD светодиодах, к сожалению, не могут похвастаться такой контрастностью из-за большого количества сильно разнесенных в пространстве отдельных кристаллов и отражателей.

Энергоэффективность COB матриц может достигать 170 Лм/Вт.

Преимущества COB

Основными преимуществами технологии MCOB считаются:

1. Высокая светоотдача (более 100 лм/Вт);
2. Возможность достижения высокой интенсивности светового потока при относительно небольших размерах;
3. Совместимость с различными драйверами, в т.ч. с диммированием;
4. Равномерность светового потока, отсутствие теневого эффекта;
5. Компактность, небольшие размеры, доступность различных форм;
6. Возможность изготовления матриц любой цветовой температуры от 2700К до 7000К;
7. Индекс цветопередачи до 90Ra;

Недостатки COB

Основным минусом технологии COB является обязательное обеспечение хорошего теплоотвода от мощной COB матрицы, который обеспечить сложно, поскольку площадь матрицы мала, а с маленькой площади контакта сложно снять теплоизбытки.

Здесь-то и кроется подвох: дешевая, а значит изначально некачественная, матрица COB, смонтированная на радиатор охлаждения без должной подгонки и обработки поверхностей сопряжения, недостаточно охлаждается, начинает перегреваться и, в конце концов, перегорает.

В качестве подтверждения можно привести такой факт: не так давно нам в сервисный центр по поступили для диагностики и ремонта 57 светодиодных прожекторов (COB) мощностью 100Вт. Судя по их виду (см. фото), из дешевой серии GS Light .

После проведения диагностики выявлено, что в подавляющем большинстве прожекторов (49 штук) вышла из строя светодиодная матрица COB, а в остальных 8 случаях - светодиодный драйвер.

Что такое SMD

Технология SMD (Surface Mounting Device) - дословно можно перевести как «устройство с креплением на поверхность».

Основным отличием этой технологии от «традиционной» технологии сквозного монтажа в отверстия является то, что компоненты монтируются на поверхность платы. Это обеспечивает меньшие габариты конструкции, лучший теплоотвод, вариативность исполнения. Данная конструкция на сегодня является самой распространенной в освещении и используется в источниках света практически всех типов.

На сегодняшний день именно технология SMD является самой распространенной в светодиодном освещении и используется в светильниках практически всех типов.

Данная технология прямо-таки создана для организации мощного рассеянного освещения, которое достигается за счет распределения по всей площади светильника значительного количества мелких светодиодов (в одном изделии бывает до 700 шт), что позволяет не применять в светильниках никакой дополнительной оптики, только обычное защитное стекло корпуса светильника. Для увеличения степени рассеивания (например для помещений с компьютерной техникой), применяется молочный, призматический либо микропризматический рассеиватель.

Поскольку светодиоды располагаются на алюминиевой линейке большой площади, а расстояние между ними достаточно велико, охлаждение LED не вызывает больших трудностей, отсюда и долговечность SMD линеек при правильном их питании.

Их из минусов светильников с SMD линейками следует отметить большую сложность их ремонта, поскольку при выходе из строя одного светодиода перестает гореть вся линейка, а заменить SMD-светодиод самостоятельно - достаточно трудоемкая задача. Замена же линейки целиком - уже накладна в финансовом плане. Справедливости ради нужно сказать, что большинство Производителей светодиодных светильников в России при возникновении гарантийного случая заменяют линейку целиком.

Области применения COB и SMD

1. Общий случай

Я бы сделал раздел таким образом: если форм-фактор корпуса светильника позволяет разместить достаточно большой радиатор охлаждения, то можно применять светильники на COB LED, ограничив их мощностью до 30 Вт. Вся светотехника с более высокой мощностью - исключительно SMD. А вообще идеальным вариантом внедрения светодиодного освещения станет .

2. Сдал объект и забыл

Если задача именно такова - сдать объект и убежать, то, конечно же, нужно применять дешевые светильники или прожекторы на COB матрице большой мощности. Времени их работы должно хватить для того, чтобы Вы успели скрыться из поля видимости... :)

3. Короткое время работы

Если светильник или прожектор работает изредка, включаясь на несколько минут (например оснащен датчиком присутствия и включается только при проходе людей), можно безбоязненно выбирать COB. Матрица просто не будет успевать перегреваться.

4. Организация временного освещения.

Для организации временного освещения (например на строительной площадке при выполнении отделочных работ), я бы рекомендовал применять прожекторы COB мощностью 20 - 30 Вт.

5. Освещение складов, производственных помещений

На складах, в производственных зданиях и помещениях, обычно применяют мощные светильники, подвешенные на большой (6-12 метров) высоте. Для их электроосвещения настоятельно рекомендуется применять светильники, выполненные на светодиодных линейках SMD. При выборе светильников особое внимание уделять наличию хорошо различимых радиаторов, назначение которых - рассеивание избытков тепла в окружающую среду.