Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

ИЗМЕРЕНИЕ СВЕТОТЕХНИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛЮМИНОФОРНЫХ SMD-СВЕТОДИОДОВ

Авторы:
Город:
Казань
ВУЗ:
Дата:
26 июня 2016г.

В настоящее время для освещения используется два основных типа белых светодиодов [1]. Первый тип – светодиоды с открытым кристаллом, так называемые многокристальные светодиоды, чаще — трёхкомпонентные (RGB-светодиоды), имеющие в своём составе три полупроводниковых излучателя красного, зелёного и синего свечения, объединённые в одном корпусе. И второй тип светодиодов – это переизлучающие светодиоды - люминофорные светодиоды, создаваемые на основе ультрафиолетового или синего светодиода, имеющие в своём составе слой специального люминофора, преобразующего в результате фотолюминесценции часть излучения светодиода в свет в относительно широкой спектральной полосе с максимумом в области жёлтого (наиболее распространённая конструкция). Излучение светодиода и люминофора, смешиваясь, дают белый свет различных оттенков.

Современные сверх яркие светодиоды имеют множество преимуществ перед традиционными источниками освещения, но они также имеют и один серьезный недостаток. Основной причиной выхода светодиодов из строя является их перегрев [3], поэтому так важно точно знать температуру кристалла. Для определения температуры p- n-перехода используется четыре основных метода: физический, химический, оптический и электрический. Наиболее перспективным считается оптический метод, но высокая стоимость аппаратуры заставляет искать новые методы измерения. Также стоит отметить, что данный метод подходит для измерения температуры светодиодов с открытым кристаллом, но при этом не применим к люминофорным (переизлучающим) светодиодам, так как из-за наличия люминофора погрешность измерения сильно возрастает.

В работе [2] был зафиксирован линейный эффект зависимости яркости SMD-светодиода с открытым кристаллом от температуры при аномально малых токах. Задачей нашего исследования являлось обнаружение подобного эффекта у люминофорных светодиодов.

В качестве объекта исследования  были выбраны люминофорные SMD светодиоды нового поколения SOL2013LEDQB с низким прямым напряжением, производства фирмы Ningbo SOL-LED lightning, с кристаллом на основе InGaN.

Для проведения измерений параметров светодиодов была разработана экспериментальная установка. Измерительным ядром установки был выбран микропроцессорный модуль на аппаратной платформе Arduino Uno, построенной на микроконтроллере ATmega 328. Для измерения светотехнических параметров был использован датчик освещенности BH1750FVI, обладающий широким диапазоном измерения (0 – 65535 лк). Функциональная схема установки представлена на Рисунке 1.

Светодиодный модуль, собранный на полоске из алюминия, был расположен на термостабилизированном столике, представляющем собой радиатор с системой нагревателей и цифровых датчиков температуры DS18B20, разнесенных по поверхности столика. Диапазон измерений DS18B20 составляет от –55°C до +125°. Разрешающая способность температурного преобразователя может быть изменена и составляет 9, 10, 11, или 12 битов, соответствуя приращениям (дискретности измерения температуры) 0.5 °C, 0.25°C, 0.125°C, и 0.0625°C, соответственно. Для удобства анализа измерений, разрешающая способность была установлена в 10 бит (0,25°C). Вся система датчиков и нагревателей подключена к микропроцессорному модулю и управляется специально разработанной программой, позволяющей считывать показания датчиков, передавать их в компьютер и сохранять в виде файла. Установка позволяет исследовать параметры светодиодов при различных температурах. Точность поддержания температуры по поверхности термостолика составляет ±1,0ºС. Температурный гистерезис в пределах ±1,5ºС.

С помощью разработанной установки были исследованы светотехнические и тепловые параметры SMD светодиодов SOL2013LEDQB. Во-первых, была исследована зависимость яркости (освещенности) светодиода от тока в диапазоне от 2 до 150 мА (Рисунок 2).


Как следует из графика, с увеличением тока растет и величина освещенности. Зависимость имеет приближенно линейный характер.

Полученная зависимость освещенности от частоты широтно-импульсной модуляции (ШИМ) представлена на Рисунке 3. При увеличении значения частоты ШИМ более 150 кГц, величина освещенности резко уменьшается.


Для исследования зависимости яркости (освещенности) светодиода от температуры p-n-перехода был проведен следующий эксперимент.

С помощью термостолика светодиодный модуль нагревался до 60 ºС. При этом    проводились измерения температуры при различных начальных значениях освещенности (как при нагреве, так и при охлаждении светодиодного модуля). На Рисунке 4 приведены результаты измерения при температурах от 25 до 60ºС.


Для того, чтобы более наглядно проследить характер зависимости при различных значениях освещенности, приведен нормированный график зависимости освещенности от температуры p-n-перехода (Рисунок 5).


Согласно полученным результатам, зависимость яркости (освещенности) от температуры близка к линейной, причем при малых значениях освещенности, эта зависимость проявляет более выраженный характер. В перспективе, полученную зависимость можно будет использовать для определения температуры p-n-перехода светодиода оптическим методом, по яркости светодиодов без использования дорогостоящих тепловизоров.

 

Список литературы

1.     Белый светодиод [Электронный ресурс]. – Режим доступа https://ru.wikipedia.org/wiki/Белый_светодиод. – Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 21.04.2016).

2.     Беринцев, А.В. Исследование яркости SMD светодиодов при повышенных температурах в режиме стабилизации напряжения. А.В. Беринцев, С.Г. Новиков, И.С. Федоров // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2012. – 4-4. – С. 1005-1009.

3.     Гайнуллина, Н.Р. Исследование тепловых свойств наноматериалов для создания радиаторов нового поколения. Н.Р. Гайнуллина, А.А. Мальцев, Р.Ш. Загидуллин // Нелинейный мир. – 2015. – 8. – С. 59-63.