Параметры светодиодов

Прямой ток IF определяет электрический режим светодиода и существенно влияет на световой выход и нагрев. В даташите обычно приводят ток, при котором измерены типичные характеристики, предельно допустимый постоянный ток и отдельные ограничения для импульсной работы. Эти величины нельзя считать взаимозаменяемыми.

Допустимый импульсный ток может быть выше постоянного только при заданной длительности импульса, скважности, частоте повторения и температуре. Если любой из этих параметров изменён, указанное предельное значение применять нельзя. В непрерывном режиме кристалл не успевает остывать так же, как между короткими редкими импульсами.

Ток выбирают с запасом относительно предельного режима. Для нескольких последовательно соединённых светодиодов он одинаков во всей цепочке. В параллельных ветвях ток может распределяться неравномерно из-за разброса прямого напряжения и температуры.

Прямое напряжение VF измеряют при указанном токе IF и определённой температуре. В таблице характеристик могут быть приведены минимальное, типичное и максимальное значения. Для расчёта цепи нельзя опираться только на типичное число, если разброс напряжения влияет на ток или запас источника питания.

Вольт-амперная характеристика светодиода нелинейна. Ниже области открытия ток мал, а затем начинает быстро возрастать при сравнительно небольшом увеличении напряжения. Именно поэтому источник фиксированного напряжения без резистора или драйвера не задаёт безопасный режим.

VF зависит от материала и спектра излучения, поэтому красные, синие и белые светодиоды могут иметь разные диапазоны. Оно также изменяется с температурой и рабочим током. При нагреве прямое напряжение обычно уменьшается, что способно дополнительно увеличить ток при питании от жёсткого источника напряжения.

Обратное напряжение VR рассматривают отдельно. Многие светодиоды плохо переносят обратное включение, поэтому допустимое значение и необходимость защитного диода проверяют по документации конкретной модели.

Световой поток показывает общее количество видимого света, воспринимаемого человеческим зрением, и измеряется в люменах. Сила света характеризует излучение в выбранном направлении и измеряется в канделах или милликанделах. Узконаправленный светодиод может иметь высокую силу света по оси, но не обязательно больший общий световой поток.

Угол излучения связан с формой линзы, отражателем и расположением кристалла. В документации часто указывают угол между направлениями, где сила света уменьшается до половины осевого значения, но точное определение нужно сверять с обозначениями производителя.

Сравнивать светодиоды следует при одинаковых условиях измерения. Ток, температура, оптика и расстояние до измерительного прибора могут изменить результат.

Для цветного светодиода даташит может содержать пиковую длину волны и доминирующую длину волны. Пиковая соответствует максимуму спектрального распределения, а доминирующая лучше описывает воспринимаемый человеком цвет. Эти значения не всегда совпадают, поэтому при точном подборе нельзя заменять одно другим.

Белый светодиод не характеризуют одной длиной волны. Для него используют координаты цветности, коррелированную цветовую температуру, индекс цветопередачи и допустимое отклонение оттенка. Цветовая температура описывает визуальное впечатление от более тёплого или холодного белого света, но сама по себе не показывает качество передачи цветов.

Инфракрасные и ультрафиолетовые светодиоды оценивают по спектральному диапазону, пиковой длине волны, оптической мощности и диаграмме направленности. Фотометрические единицы, рассчитанные с учётом чувствительности человеческого глаза, для невидимого излучения не дают полного представления о мощности источника.

Спектр может изменяться с током и температурой. Если оттенок или длина волны критичны, используют графики и допуски конкретной серии, а не только название цвета в каталоге.

Электрическую мощность светодиода в рабочей точке оценивают по прямому напряжению и току. Это входная мощность, а не количество полученного света: часть энергии выходит в виде излучения, остальная должна быть отведена как тепло.

В даташите указывают максимальную температуру перехода Tj и один или несколько вариантов теплового сопротивления. Обозначение зависит от выбранного пути тепла: до корпуса, точки пайки или окружающей среды. Использовать эти значения можно только для той конструкции монтажа, к которой они относятся.

Температура перехода не равна температуре корпуса или воздуха. Между кристаллом и окружающей средой находятся корпус, пайка, плата, термоинтерфейс и радиатор. Каждый участок добавляет тепловое сопротивление. У мощного светодиода даже небольшой дефект пайки может заметно ухудшить охлаждение.

Параметры светодиодов имеют производственный разброс. Производитель может сортировать компоненты по световому потоку, силе света, оттенку, длине волны или прямому напряжению. Такие группы называют бинами. Полное обозначение поставки может включать код, определяющий конкретный диапазон характеристик.

Типичное значение показывает распространённый результат измерения, но обычно не гарантируется для каждого экземпляра. Минимальные и максимальные значения задают проверяемые границы, если это прямо указано в документации. Графики помогают понять зависимость параметров, однако не всегда являются гарантированной спецификацией.

Перед использованием таблицы или графика проверяют:

• ток и длительность импульса;
• температуру окружающей среды, корпуса или перехода;
• способ монтажа и площадь платы;
• выбранный бин и полный код компонента;
• единицы измерения и нормировку графика.

Сравнивать две модели по значениям из разных условий некорректно. Сначала параметры приводят к сопоставимому току и температуре либо используют данные производителя, полученные по одной методике.