Современная светодиодная продукция компании Seoul Semiconductor. Особенности и параметры модулей Acrich, Acrich2
Статья познакомит с устройством и параметрами изделий линейки Acrich/Acrich2.
Компания Seoul Semiconductor Co., Ltd (сокращенно SSC, г. Сеул, Корея, производство сосредоточено в г. Ансан) основана в 1987 г., однако мировую известность в области светодиодных технологий стала завоевывать спустя пять лет, когда руководить компанией стал Чун Хун Ли (Chung Hoon Lee). Согласно исследованию агентства Strategies Unlimited, по количеству произведенных светодиодов в 2011 г. компания заняла пятое место в мире после Nichia, Samsung LED, Osram Opto Semiconductor, LG Innotek. Руководство SSC выделяет на научно-исследовательские работы 10% своей выручки. Компании принадлежит более 10 000 патентов и патентных заявок. Отметим некоторые достижения Seoul Semiconductor Co:
- 1998 — получен сертификат ISO9001.
- 2002 — основана дочерняя фирма Seoul Opto-Device Co., Ltd для серийного производства светодиодов в г. Ансан; акции SSC котируются на корейской фондовой бирже KOSDAQ.
- 2004 — запущена в производство серия мощных светодиодов Z-Power.
- 2005 — коммерциализация первых в мире светодиодов, питаемых непосредственно от сетей переменного тока 110/220 В; получены сертификаты ISO140001, Sony Green Partner, Samsung ECO Partner.
- 2006 — получен сертификат ISO/TS-16949; выпущен первый в мире полупроводниковый источник света с питанием непосредственно от сетей переменного тока Acriche.
- 2007 — Acriche присужден титул лучший продукт года – 2006 в Европе; получены первый в мире знак CE Marking Certification для светодиодов и сертификат TUV (Германия); представлен самый тонкий в мире светодиодный чип толщиной 0,17 мм; модули Acriche удостоены диплома Best Product Award 2007 by E & E.
- 2008 — выпущен самый яркий в мире светодиод со световым потоком 900 лм (мощность 10 Вт, серия Р7); модули Acriche достигают эффективности 80 лм/Вт.
- 2009 — светодиоды Z-Power LED P7 объявлены продуктом года; светодиоды SSC отобраны для освещения балконов крупнейшего круизного судна «Оазис морей» (рис. 1).
- 2010 — ученый с мировой известностью в области светодиодных технологий профессор Сюдзи Накамура (Shuji Nakamura) становится научным консультантом SSC (рис. 2); по данным Nikkei Group, компания заняла третье место на светодиодном рынке акций: SSC принадлежит 5,7% доли мирового рынка белых светодиодов (Nichia — 32%, Osram Optosemiconductor — 7,9%).
- 2011 — выпущены новые светодиоды серий Z6, Z7 (мощность 4 Вт, световой поток 440 лм, Тцв = 5500 К) для замены приборов предыдущего поколения Р7; выпущены светодиоды серии Z4 (Р = 1 Вт, световая эффективность — 100 лм/Вт, CRI более 85) для замены ламп MR16 и ламп накаливания (рис. 3); выпущены полноцветные светодиодные модули Z7-F (Iпр = 700 мА, световая эффективность: красный — 75 лм/Вт, зеленый — 88 лм/Вт, синий — 15 лм/Вт, белый — 97 лм/Вт) в корпусе размерами 9×7×2 мм.
- 2012 — на конференции Strategies in Light (SIL)–2012 (г. Санта-Клара, Калифорния, США) главный исполнительный директор SSC Чун Хун Ли сделал сообщение о разработке новых модулей Acrich2, питающихся непосредственно от сетей переменного тока. Показав залу несколько электронных компонентов, в том числе электролитические конденсаторы, г-н Ли задал вопрос: «Что это?» — и сам ответил на него: «Барахло» (рис. 4). Именно эти элементы снижают надежность светодиодных систем освещения и укорачивают срок службы светодиодных источников света.
Основной отличительной чертой новых модулей серии Acrich2, разработанных SSC, является исключение элементов AC/DC-преобразователей, в результате чего основные характеристики модулей приближаются к показателям светодиодных решений, питающихся постоянным током; приборы обеспечивают коэффициент мощности 97%, КПД до 90%, а уровень нелинейных искажений выходного сигнала снижен до 10%. Г-н Ли продемонстрировал два модуля этой серии — SMJEA3011220 (8 Вт, 500 лм) и SM3012220 (13 Вт, 800 лм), рассчитанных на использование в сетях переменного тока США и Канады напряжением 120 В [2].
Другим важным достижением SSC в 2012 г. стала разработка запатентованной технологии производства неполярных светодиодов nPola, которые, по заявлению представителей фирмы, обеспечивают пятикратное увеличение светового потока на единицу площади кристалла по сравнению с обычными светодиодами. Работы над этой технологией компания проводит уже более 10 лет и ожидает десятикратного увеличения яркости неполярных светодиодов в будущем.
На пресс-конференции, посвященной презентации новой технологии в отеле Dong Plaza Hotel в Сеуле, профессор Калифорнийского университета в г. Санта-Барбара (США) Сюдзи Накамура прокомментировал особенности новой технологии и дал ей высокую оценку. Новые приборы выполнены на основе нитрида галлия и предполагают использование неполярных плоскостей в кристаллах GaN (а- или m-плоскости). В традиционных светодиодах обычно используется полярная с-плоскость. В настоящее время при производстве светодиодных ламп мощностью 60 Вт обычно используются 10–20 светодиодных чипов, а для ламп на nPola такой мощности достаточно одного-двух кристаллов. На рис. 5 показан внешний вид модулей для традиционной многокристальной и однокристальной лампы на nPola [3]. Генеральный директор SSC Чун Хун Ли выразил уверенность в успешности нового продукта и назвал его кульминацией 20-летних усилий работы разработчиков компании, направленных на развитие светодиодных технологий.
Современная продукция
В каталоге компании 2012 г. представлены продукты следующих категорий:
- Aсrich2 — серия из трех модулей мощностью 4 Вт для прямой замены ламп MR, трех 4-, 8- и 12-Вт модулей для замены стандартных ламп накаливания (Bulb) и трех 16-Вт модулей для потолочных источников света (Downlight).
- Aсriche/Aсrich — модули серий 3528, 5630, 6540, А2, А3, А4, А5, А7, А8 со световым потоком 65–700 лм и силой света 9700–36 400 мкд.
- Z-Power LED — светодиоды с большим световым потоком и рабочими токами 150–1000 мА, предназначенные для осветительных приложений и отличающиеся малой мощностью потребления, низким тепловым сопротивлением, отсутствием ядовитых материалов, постоянством параметров и низкими эксплуатационными расходами. В эту категорию входят светодиоды серий Р4, Z1, Z2, Z5, Z6, Z7, Р3-II, Р5-II, Р9, Р8.
- Side view LED — светодиодные чипы бокового излучения в миниатюрных корпусах для монтажа на поверхность толщиной от 0,4 мм. Приборы предназначены для применения в малогабаритной и портативной аппаратуре, например в качестве элементов подсветки в мобильных телефонах. Светодиоды выпускаются в широкой цветовой гамме и обеспечивают большую яркость при малых рабочих токах.
- Top View LED — светодиодные чипы верхнего излучения, предназначенные для применения в автомобильной промышленности. Выпускаются одно-, двух- и трехцветные исполнения, приборы характеризуются высокой надежностью, большой яркостью и малой высотой корпуса.
- High Flux LED — светодиоды большой мощности, предназначенные для применения в автомобилях, знаках и указателях, для наружного освещения и освещения рабочих мест. Выпускаются красные, желтые, синие и белые исполнения с силой света 800–10 000 мкд при рабочих токах 30–70 мА. Приборы характеризуются низким тепловым сопротивлением.
- Chip LED — миниатюрные светодиодные чипы с широкой цветовой гаммой, предназначенные для применения в индикаторах портативных устройств, для подсветки клавиатур и переключателей, передних панелей различной аппаратуры.
- Lamp LED — светодиоды в круглых, овальных и цилиндрических корпусах с проволочными выводами, обладающие высокой яркостью, длительным сроком службы (до 100 000 ч) и допускающие эксплуатацию при высокой температуре окружающей среды. Выпускаются исполнения в широкой цветовой гамме и с различными типоразмерами.
- Dot Matrix — светодиодные матричные индикаторы, предназначенные для применения в рекламных щитах, досках объявлений и различных вывесках, например в метро. Выпускаются исполнения различных цветов и многоцветные приборы.
- Custom Module — светодиодные модули, выпускаемые по индивидуальным требованиям заказчиков.
- Sensor — светочувствительные датчики и комбинированные светофотосенсоры, предназначенные для применения в системах автоматизации, на парковках автомобилей, в принтерах, датчиках различных подвижных платформ и т. п. [4].
Описание модулей Acrich/Acrich2
Классификационные параметры модулей Acriche (наименование использовалось до 2012 г.) Acrich/Acrich2 (наименования используются с 2012 г.) приведены в таблице 1.
Таблица 1. Классификационные параметры модулей Acrich
Категория | Тип/серия | Световой поток, лм | ССТ, °К | CRI | Uпр, В | Ррасс, Вт | 2Θ1/2, град | PF | Iпр, мА |
Acrich2 | SMJD-1V16W1P2-G | 1220 | 3000 | 80 | 100 | 18,3 | 120 | 0,95 | |
SMJD-1V16W1P2-H | 1200 | 2700 | |||||||
SMJD-2V16W1P3-B | 1200 | 5600 | 120 | 17,3 | |||||
SMJD-2V16WP3-C | 1280 | 5000 | |||||||
SMJD-2V16WP3-E | 1200 | 4000 | |||||||
SMJD-2V16WP3-G | 1150 | 3000 | |||||||
SMJD-2V16WP3-H | 1120 | 2700 | |||||||
SMJD-3V16WP3-B | 1450 | 5600 | 220 | 17,5 | |||||
SMJD-3V16WP3-G | 1450 | 5000 | |||||||
SMJD-3V16WP3-E | 1340 | 4000 | |||||||
SMJD-3V16WP3-G | 1200 | 3000 | |||||||
SMJD-3V16WP3-H | 1250 | 2700 | |||||||
SMJD-1V04W1P2-G | 320 | 3000 | 100 | 4,3 | |||||
SMJD-1V04W1P2-H | 310 | 2700 | |||||||
SMJD-1V08W1P2-G | 570 | 3000 | 8,5 | ||||||
SMJD-1V08W1P2-H | 550 | 2700 | |||||||
SMJD-1V04W1P3-B/C/E/G/H | 290–320 | 2700 | 120 | 4,3 | |||||
SMJD-2V12W1P3-B/C/E/G/H | 840–930 | 12,9 | |||||||
SMJD-3V04WP3-B/C/E/G/H | 320 | 220 | 4,3 | ||||||
SMJD-3V12W1P3-B/C/E/H/G | 930–1030 | 13 | |||||||
SMJD-1V04WP1-G | 245 | 3000 | 100 | 4,3 | |||||
SMJD-1V04WP1-H | 245 | 2700 | |||||||
SMJD-3V04WP1-G | 320 | 3000 | 220 | 4,7 | |||||
SMJD-3V04WP1-H | 320 | 2700 | |||||||
AW3200 | 260 | 6300 | 65 | 100/110/120 | 3,3 | 130 | 40 | ||
AN3200 | 180 | 3000 | 80 | ||||||
AW3220 | 260 | 6300 | 65 | 220/230 | 20 | ||||
AN3220 | 180 | 3000 | 80 | ||||||
AX42XX | 50 | 3000 | 85 | 55 | 1,4 | 134 | |||
AW2200 | 80 | 6300 | 70 | 100/110/120 | 1,7 | 120 | |||
AN2200 | 65 | 3000 | 80 | 1,7 | |||||
AW2204, AW2214 | 80 | 6300 | 70 | 100/110 | 2 | 110 | |||
AN2204, AN2214 | 65 | 3000 | 80 | 2 | |||||
AW3201,AW3211, AW3241 | 260 | 6300 | 65 | 100/110/120 | 4 | 130 | 40 | ||
AN3201, AN3211, AN3241 | 180 | 3000 | 80 | ||||||
AW3221, AW3231 | 260 | 6300 | 65 | 220/230 | 20 | ||||
AN3221, AN3231 | 180 | 3000 | 80 | ||||||
Acrich | SAW8KG0A | 29,8–53,9 | 2600–7000 | 82–90 | 17,9–19,1 | 0,5 | 115 | ||
SAW8P42A | 26,4–32,6 | 3700–7000 | 80–90 | 11,8–14,2 | 0,43 | ||||
SAW8WA2A | 99–140,3 | 2600–7000 | 80–90 | 30–34,5 | 1,55 | 120 | 40 | ||
SAWW8F1A | 700 | 3000 | 80 | 120 | 13 | 120 | |||
SAWW8D1A | 700 | 3000 | 80 | 220 | 60 | ||||
SAW04A0A | 70 | 5600 | 70 | 50/55 | 0,8 | 145 | 20 | ||
SAW04A0C | 65 | 3000 | 80 | 0,83 | 135 | ||||
SAW05B0X | 110 | 6300 | 70 | 100/120/220 | 1,65 | 145 | |||
SAW07B0A | 360 | 5500 | 70 | 100/110/120 | 3,2 | 130 | 40 | ||
SAWW7B0A | 260 | 3000 | 80 | ||||||
SAW07D0A | 360 | 5500 | 70 | 220/230 | 20 | ||||
SAWW7D0A | 260 | 3000 | 80 |
Примечания: Приведены типовые значения световых потоков и цветовых температур; минимальные значения индексов цветопередачи; номинальные значения рабочих напряжений и токов (RMS); для приборов Acrich2 — минимальные значения коэффициентов мощности PF.
Светодиодные модули Acrich2 предназначены для непосредственного подключения к сетям переменного тока напряжением 100, 120, 220/230 В 50/60 Гц и не содержат AC/DC- преобразователей и электролитических конденсаторов, что обеспечивает сопоставимые с обычными светодиодами параметры и длительный срок службы. Высокое значение коэффициента мощности модулей позволяет дополнительно повысить энергоэффективность систем освещения. Внешний вид модулей Acrich2 различной мощности и назначения показан на рис. 6, 7.
Принцип работы модулей Acrich/Acrich2
Принцип функционирования модулей Acrich2 основан на использовании нескольких последовательно коммутируемых светодиодов, одна группа из которых включается при прохождении верхних полуволн сетевого напряжения, другая — при прохождении нижних полуволн. Структура модулей различной мощности приведена на рис. 8–11. В состав каждого устройства входят одна или две микросхемы управления (U2, U1, U1+U2, IC1+IC2), обеспечивающие подключение светодиодов модулей к сети переменного тока в нужной полярности и в соответствии с текущими значениями мгновенного напряжения.
Упрощенно принцип работы модуля мощностью 8 Вт на напряжение 220 В показан на рис. 12, 13. Каждый элемент Acrich1–Acrich8 состоит из трех последовательно включенных светодиодов с номинальным рабочим напряжением 18,3 В (RMS), рабочее напряжение каждого элемента составляет 55 В (RMS). Коммутация светодиодов Acrich1–Acrich8 при прохождении положительной полуволны сетевого напряжения осуществляется по алгоритму, приведенному в таблице 2. На интервале времени 1 при мгновенном сетевом напряжении Uпик≥77 В схема управления Acrich IC модуля подключает ко входным терминалам элементы Acrich1, 5, при этом все остальные элементы выключены; на интервале 2 при мгновенном напряжении Uпик≥155 В дополнительно подключаются элементы Acrich2, 6; на интервале 3 при мгновенном напряжении Uпик≥232 В дополнительно подключаются элементы Acrich3, 7; на интервале 4 при Uпик≥310 В включены все элементы схемы; на интервале 5 отключены элементы 4 и 8; на интервале 6 — элементы 3–8; на интервале 7 — элементы 2–8. При прохождении отрицательной волны напряжения коммутация элементов схемы осуществляется в обратном порядке.
Таблица 2. Алгоритм переключения модулей Acrich2
Интервал | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
Acrich1, 5 | ON | ON | ON | ON | ON | ON | ON |
Acrich2, 6 | OFF | OFF | |||||
Acrich3, 7 | OFF | OFF | |||||
Acrich4, 8 | OFF | OFF |
Примечание: ON — включено, OFF — выключено
Таким образом, в модулях не требуется устанавливать сетевые выпрямители и фильтрующие конденсаторы, что существенно повышает надежность их работы и увеличивает срок службы, кроме того, отсутствие реактивной составляющей входного сопротивления увеличивает коэффициент мощности модулей. Апроксимация синусоиды входного напряжения ступенчатой кривой уменьшает коэффициент нелинейных искажений в выходном сигнале.
Коммутацию светодиодов модулей Acrich2 осуществляют специализированные микросхемы, разработанные SSC. В состав каждой из них входят: диодный выпрямитель сетевого напряжения (для питания самой микросхемы); 8-канальный контроллер тока светодиодов, обеспечивающий необходимый алгоритм работы модулей; необходимые пассивные компоненты (резисторы). Микросхемы (рис. 14) выпускаются в корпусах LGA двух типоразмеров — 6×6 мм (для модулей мощностью 4 Вт) и 8×8 мм (для модулей 8 Вт и более). Другие особенности и параметры микросхем:
- высокая энергоэффективность;
- ослабление мерцаний светодиодов (Flicker Improvement);
- независимость срока службы от параметров внешних компонентов;
- малые массо-габаритные показатели, доступная цена;
- входное напряжение: 90–110 В (для сетей с номинальным напряжением 100 В); 100–144 В (120 В); 200–264 В (220/230/240 В);
- эффективность/КНИ/PF — 90%/25%/0,95;
- рассчитанный срок службы — 87 000 ч.
Для защиты от перенапряжений светодиодных систем часто используются ячейки из металлооксидных варисторов с последовательно включенными разрывными (предохранительными) резисторами (Surge Protectio Cirquit, SPC). Параметры схем защиты регламентируются стандартами IEC 61000-4-5, IEEE C.62.41, в соответствии с которыми должны выполняться следующие основные условия:
- напряжение срабатывания ±0,5 кВ;
- длительность единичного выброса 50 мкс на уровне 0,5 от максимального значения;
- число импульсов — до 40, интервал между импульсами 30 с;
- фазовое положение импульсов относительно напряжения сети — 0/90/180/360°.
Для плавной регулировки яркости свечения модулей Acrich2 компания рекомендует использовать регуляторы тиристорного типа, на рис. 15 показаны формы характеристик при опережающей (Leading Edge Type) и запаздывающей (Trailing Edge Type) регулировке, на рис. 16 приведен внешний вид регулятора яркости освещения типа Leading Edge TRIAC Dimmer мощностью 400 Вт (220 В). При использовании этого регулятора с модулями Acrich2 диапазон регулировки яркости находится в пределах 5,5–78% (для модулей мощностью 12 Вт).
Характеристики модулей Acrich2
Рассмотрим особенности некоторых модулей Acrich2 более подробно.
SMJD-3V16WP3
SMJD-3V16WP3 (Uраб ном = 220 В) — светодиодный модуль, предназначенный для замены ламп накаливания в потолочных светильниках (Downlight), освещения офисных и производственных помещений и для промышленных систем освещения. Спектральные характеристики модулей различных исполнений приведены на рис. 17. Основные особенности и параметры модуля (кроме приведенных в таблице 1):
- световой поток (лм): исполнения В, С — 1380–1450, E — 1300–1340, G — 1260–1300, Н — 1200–1250;
- цветовая температура (К): исполнение В — 5300–5600, С — 4700–5300, Е —3700–4200, G — 2900–3200, Н — 2600–2900;
- диапазон рабочих температур –30…+85 °С;
- электростатическая прочность ±4000 В (модель НВМ);
- максимальная мощность рассеяния модуля — 27 Вт, микросхемы Acrich2 IC — 5,5 Вт;
- максимальная температура кристаллов светодиодов и компонентов микросхемы — 125 °С, верхней поверхности модуля — 116 °С;
- тепловое сопротивление кристалл/внешняя поверхность модуля — 5,5 °С/Вт;
- габаритные размеры ∅70×2,5 мм.
SMJE-2V04W1P3
SMJE-2V04W1P3 (Uраб ном = 220 В) — модули в корпусах размерами ∅33×2,5 мм. Основные параметры (только отличия):
- световой поток (лм): исполнения В, С — 320–350, Е — 310–340, G — 300–330, Н — 290–320;
- максимальная мощность рассеяния 5,7 Вт;
- тепловое сопротивление кристалл/подложка — 27 °С/Вт;
- максимальная температура кристаллов светодиодов — 111,5 °С.
SMJE-3V08W1P3
SMJE-3V08W1P3 (Uраб ном = 220 В) — модуль ∅46 мм при той же толщине, световой поток различных исполнений лежит в пределах 570–680 лм (Rank B, C, E, G, H).
Модули Acrich
В каталог SSC 2012 г. включен ряд новых белых светодиодов и модулей Acrich в малогабаритных корпусах, предназначенных для работы от источников постоянного и переменного напряжения 18–35 В при прямом токе 20–40 мА и от сетей переменного тока напряжением 100/120/220/230 В.
В состав серии SAWX7X0A (Datasheet за июль 2012 г.) входят четыре типа приборов, каждый из которых выпускается в двух исполнениях по цветовой температуре — 3000 (Warm White) и 5500 K (Pure White). Модули выполнены в корпусах размерами 8×8×3,7 мм (рис. 18). Подключение к сетям переменного тока производится через внешний мостовой выпрямитель и гасящий резистор (рис. 19). Приборы отличаются небольшой потребляемой мощностью при значительных световых потоках и предназначены для применения в широком спектре осветительных приложений.