Nowa seria diod firmy Citizen

Charakterystyka ogólna

Rys. 1.

Dla diod LED CoB japońscy inżynierowie stworzyli 5 całkowicie nowych obudów. Najmniejsza dioda w serii ma wymiary 9,5×9,5 mm, a największa - 38×38 mm. Ale 5 obudów nie oznacza tylko, że na rynku jest 5 diod. W obudowach ze środka zakresu (tzn. typu drugiego, trzeciego i czwartego) zastosowano różną liczbę chipów, dzięki czemu otrzymujemy 11 diod o zróżnicowanej liczbie struktur w środku.

Ale to jeszcze nie koniec; każdy z tych 11 typów występuje w różnych odcieniach bieli (różnych temperaturach barwowych): 2700 K, 3000 K, 3500 K, 4000 K oraz 5000 K. Jest to już szeroki asortyment, ale to jeszcze nie wszystkie możliwości wyboru. Diody występują z trzema różnymi wartościami współczynnika CRI (Colour Rendering Index - współczynnik oddawania barw, który określa, jak dobrze dane źródło światła odwzorowuje kolory w porównaniu do światła słonecznego).

W ofercie firmy Citizen występują diody w trzech wartościach współczynnika CRI: 65 - dla diod najmocniejszych, wykorzystywanych w aplikacjach, gdzie liczy się głównie ilość światła (np. oświetlenie zewnętrzne budynków magazynowych), 80 - diody do oświetlenia wewnętrznego (dominujący typ w ofercie), 90 lub więcej - stosowane wszędzie tam, gdzie ma kluczowe znaczenie oddawanie barw (oświetlenie medyczne, muzealne).

Diody o tym współczynniku weszły do produkcji na początku lipca 2012 roku. Diody z tak szerokiego zakresu dają nam możliwość otrzymania strumienia świetlnego aż do 17000 lm. Dla porównania, z 750-watowej lampy halogenowej możemy otrzymać ok. 16 tys. lm.

Wsparcie techniczne

Rys. 2.

Aby ułatwić pracę konstruktorom, Citizen udostępnił na swojej stronie internetowej symulator pracy diod LED, który umożliwia wybranie dowolnej temperatury barwowej i współczynnika CRI, a następnie sprawdzenie, jaką ilość światła będą w stanie wyemitować diody o zadanej barwie przy różnym prądzie oraz różnej temperaturze obudowy.

Symulator pokazuje także, jaką moc i sprawność będzie miała dana dioda oraz jaka będzie temperatura złącza. Dzięki temu można sprawdzić, jak dane diody będą się zachowywać po zmianie warunków pracy. Można też zmienić wytyczne i sprawdzić, która z dostępnych diod jest w stanie dać pożądany strumień świetlny, jakie parametry elektryczne (napięcie, prąd i moc) będą do tego potrzebne oraz jaka będzie sprawność i temperatura złącza.

Charakterystyka pracy

Citizen zaproponował całkiem nową koncepcję w zakresie punktu pracy diod LED. Nie jest on już ustalony tak, jak to było w przypadku diod poprzedniej generacji. Teraz producent zapewnia, że jeżeli konstruktor będzie przestrzegał odpowiedniej temperatury złącza (poniżej 150°C), dioda może pracować z dowolnym prądem w zakresie od zera do prądu maksymalnego danej diody i nie będzie to miało negatywnego wpływu na jej długość życia.

Jest to rozwiązanie bardzo pomocne dla konstruktorów oświetlenia. Rysunek 1 przedstawia omawiany wcześniej kalkulator. Zakłada on strumień świetlny 1500 lm przy temperaturze barwowej 5000 K oraz temperaturze obudowy 45°C. Jak widać na rysunku, aż 8 diod jest w stanie dostarczyć wymagany strumień.

Którą diodę wybrać, zależy od tego, które z pozostałych parametrów są najważniejsze. Jeśli przede wszystkim ma znaczenie cena, to najtańsza będzie dioda CLL020-1204A1-50KL1-A1, ale trzeba pamiętać o tym, że jej sprawność wyniesie tylko 107 lm/W.

Najwięcej kosztuje CLL020-1204A1-50KL1-A1, a jeżeli najbardziej liczy się sprawność, np. ze względu na bateryjne zasilanie układu i każdy wat ma znaczenie, dobrym rozwiązaniem będzie dioda CLL040- -1218A1-50KL1-A1, (152 lm/W).

Nowa seria kontra stara

Rys. 3.

Po pierwsze - czas pracy. Parametr ten jest podawany dla temperatury 120°C (maksymalna wartość temperatury pracy poprzedniej serii diod). Nowa seria może pracować przy temperaturze złącza wynoszącej aż 150°C. Wartość tego parametru znacznie przekracza 50 000 godzin. Aby udokumentować te zapewnienia, pięć lat temu rozpoczęto badanie diody z poprzedniej serii w temperaturze 120°C.

W kwietniu tego roku dioda przekroczyła 46 000 godzin pracy. Rysunek 2 obrazuje wyniki tego testu. Jak widać, strumień świetlny badanej diody ma dużo powyżej 70% wartości początkowej (według standardu LM-80 diodę, która świeci strumieniem równym 70% wartości początkowej, uważa się za "martwą").

Na tej podstawie inżynierowie Citizena wyliczyli, że czas życia tej diody w jej warunkach pracy przekroczy 100 000 godzin, zanim osiągnie poziom 70% wartości początkowej strumienia. Po drugie - selekcja barwy. Citizen od wielu lat pracuje nad zwiększeniem powtarzalności barw diod. Do opisania rozrzutu produkcyjnego używana jest tak zwana elipsa McAdama.

Elipsy o danym stopniu obrazują, jak bardzo może różnić się temperatura barwowa diody od zadanej. Dla porównania, elipsa stopnia 7 to mniej więcej taka wartość rozrzutu, jak opisywana przez standard ANSI (rys. 3), z którego korzysta większość producentów diod LED na świecie. Aby wybrać diody o mniejszym zakresie rozrzutu produkcyjnego, stosuje się sortowanie (binning).

Niestety produkcja masowa nie jest powtarzalna i producenci nie są w stanie zapewnić klientowi ciągłego dostępu do danej selekcji. W przypadku Citizena sprawa wygląda inaczej.

Wszystkie diody Citizena produkowane ze współczynnikiem CRI 80 (najczęściej kupowane) mieszczą się w elipsie McAdama stopnia 3. Jest to zakres, przy którym ludzkie oko ma bardzo małe szanse na zobaczenie różnicy w barwie diod. Na przykład dla diody o temperaturze 3000 K rozrzut technologiczny wynosi ±70 K.

Podsumowanie

Diody LED firmy Citizen to bardzo ciekawa propozycja dla projektantów szeroko rozumianego oświetlenia. Szerokie portfolio oraz wartości parametrów z najwyższej półki pozwalają na zaprojektowanie nowoczesnego, oszczędnego oraz wydajnego źródła światła.

Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
www.tme.pl