Spezifikationen und Parameter von LEDs

Es gibt viele LEDs unterschiedlicher Form, Größe und Leistung. Allerdings ist jede LED immer Halbleiterbauelement, die auf dem Durchgang von Strom durch den pn-Übergang in Vorwärtsrichtung basiert, was zu optischer Emission (sichtbares Licht) führt.

Grundsätzlich zeichnen sich alle LEDs durch eine Reihe spezifischer elektrischer und lichttechnischer Eigenschaften aus, auf die wir später noch eingehen werden. Diese Eigenschaften finden Sie im Datenblatt (in der technischen Dokumentation) der LED.

Die elektrischen Kennwerte sind: Durchlassstrom, Durchlassspannungsabfall, maximale Sperrspannung, maximale Verlustleistung, Strom-Spannungs-Kennlinie. Die Parameter des Lichts sind: Lichtstrom, Lichtstärke, Streuwinkel, Farbe (oder Wellenlänge), Farbtemperatur, Lichtausbeute.

Vorwärtsnennstrom (If – Vorwärtsstrom)

Der Nenndurchlassstrom ist der Strom, der durch diese LED in Vorwärtsrichtung fließt, der Hersteller garantiert die Passlichtparameter dieser Lichtquelle.Mit anderen Worten, dies ist der Betriebsstrom der LED, bei dem die LED definitiv nicht durchbrennt und während ihrer gesamten Lebensdauer normal arbeiten kann. Unter diesen Bedingungen wird der pn-Übergang nicht zerstört und überhitzt nicht.

Zusätzlich zum Nennstrom gibt es einen Parameter wie den Spitzendurchlassstrom (Ifp – Peak Forward Current) – den maximalen Strom, der durch den Übergang nur von Impulsen mit einer Dauer von 100 μs und einem Arbeitszyklus von nicht mehr als fließen kann DC = 0,1 (genaue Daten siehe Datenblatt) … Theoretisch ist der maximale Strom der Grenzstrom, den der Kristall nur für kurze Zeit verarbeiten kann.

In der Praxis hängt der Wert des Nenndurchlassstroms von der Größe des Kristalls und der Art des Halbleiters ab und variiert von einigen Mikroampere bis zu mehreren zehn Milliampere (bei LED-Baugruppen vom Typ COB sogar noch mehr).

Kontinuierlicher Spannungsabfall (Vf – Durchlassspannung)

Ein anhaltender Spannungsabfall am pn-Übergang verursacht den Nennstrom der LED. An die LED wird eine Spannung angelegt, sodass die Anode gegenüber der Kathode auf positivem Potenzial liegt. Abhängig von der chemischen Zusammensetzung des Halbleiters, der Wellenlänge der optischen Strahlung, unterscheiden sich auch die Gleichspannungsabfälle am Übergang.

Das lässt sich übrigens anhand des Gleichspannungsabfalls ermitteln Halbleiterchemie… Und hier sind die ungefähren Durchlassspannungsabfallbereiche für verschiedene Wellenlängen (LED-Lichtfarben):

• Infrarot-Galliumarsenid-LEDs mit Wellenlängen über 760 nm weisen einen charakteristischen Spannungsabfall von weniger als 1,9 V auf.

• Rot (z. B. Galliumphosphid – 610 nm bis 760 nm) – 1,63 bis 2,03 V.

• Orange (Galliumphosphid – von 590 bis 610 nm) – von 2,03 bis 2,1 V.

• Gelb (Galliumphosphid, 570 bis 590 nm) – 2,1 bis 2,18 V.

• Grün (Galliumphosphid, 500 bis 570 nm) – 1,9 bis 4 V.

• Blau (Zinkselenid, 450 bis 500 nm) – 2,48 bis 3,7 V.

• Violett (Indiumgalliumnitrid, 400 bis 450 nm) – 2,76 bis 4 V.

• Ultraviolett (Bornitrid, 215 nm) – 3,1 bis 4,4 V.

• Weiß (blau oder violett mit Phosphor) – etwa 3,5 V.

Maximale Sperrspannung (Vr – Sperrspannung)

Die maximale Sperrspannung einer LED ist, wie bei jeder LED, eine Spannung, die, wenn sie mit umgekehrter Polarität an einen pn-Übergang angelegt wird (wenn das Kathodenpotential größer als das Anodenpotential ist), den Kristall zerbricht und die LED ausfällt. Je größer Einige LEDs haben eine maximale Sperrspannung von etwa 5 V. Bei COB-Baugruppen sogar noch mehr und bei Infrarot-LEDs können es bis zu 1-2 Volt sein.

Maximale Verlustleistung (Pd – Gesamtverlustleistung)

Diese Kennlinie wird bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C gemessen. Dies ist die Leistung (oft in mW), die das LED-Gehäuse noch dauerhaft abführen kann und nicht durchbrennt. Sie wird als Produkt aus dem Spannungsabfall und dem durch den Kristall fließenden Strom berechnet. Wird dieser Wert (das Produkt aus Spannung und Strom) überschritten, bricht der Kristall sehr bald, es kommt zu seiner thermischen Zerstörung.

Strom-Spannungs-Kennlinie (VAC - Diagramm)

Die nichtlineare Abhängigkeit des Stroms durch den pn-Übergang von der an den Übergang angelegten Spannung wird als Strom-Spannungs-Kennlinie (abgekürzt VAC) der LED bezeichnet.Diese Abhängigkeit wird im Datenblatt grafisch dargestellt, und anhand der verfügbaren Grafik können Sie sehr leicht erkennen, welcher Strom bei welcher Spannung durch den LED-Kristall fließt.

Die Art der I-V-Charakteristik hängt von der chemischen Zusammensetzung des Kristalls ab. Die I-V-Kennlinie erweist sich beim Entwurf elektronischer Geräte mit LEDs als sehr nützlich, da es dank ihr möglich ist, ohne das Verhalten praktischer Messungen herauszufinden, welche Spannung an die LED angelegt werden muss, um sie zu erhalten ein gegebener Strom. Auch mit Hilfe der I-V-Kennlinie ist es möglich, einen Strombegrenzer für die Diode genauer auszuwählen.

Lichtstärke, Lichtstrom

Die (optischen) Lichtparameter von LEDs werden in der Phase ihrer Herstellung, unter normalen Bedingungen und beim Nennstrom durch die Verbindungsstelle gemessen. Dabei wird von einer Umgebungstemperatur von 25 °C ausgegangen, der Nennstrom eingestellt und die Lichtstärke (in Cd – Candela) bzw. Lichtstrom (in lm – Lumen) gemessen.

Unter dem Lichtstrom eines Lumens versteht man den Lichtstrom, der von einer punktförmigen isotropen Quelle mit einer Lichtstärke gleich einer Candela in einem Raumwinkel von einem Steradiant abgegeben wird.

Niedrigstrom-LEDs zeichnen sich direkt durch die Lichtintensität aus, die in Millikanälen angegeben wird. Eine Candela ist eine Einheit der Lichtstärke, und eine Candela ist die Lichtstärke in einer bestimmten Richtung einer Quelle, die monochromatische Strahlung mit einer Frequenz von 540 × 1012 Hz aussendet, deren Lichtstärke in dieser Richtung 1/683 W / av beträgt.

Mit anderen Worten: Die Lichtintensität quantifiziert die Intensität des Lichtflusses in eine bestimmte Richtung.Je kleiner der Streuwinkel, desto größer ist die Lichtintensität der LED bei gleichem Lichtstrom. Ultrahelle LEDs haben beispielsweise eine Lichtstärke von 10 Candela oder mehr.

LED-Streuwinkel (Blickwinkel)

Diese Eigenschaft wird in der LED-Dokumentation oft als „doppelte Theta-Halbhelligkeit“ beschrieben und in Grad (Grad-Grad-Grad) gemessen. Der Name ist genau das, denn die LED verfügt in der Regel über eine Fokussierlinse und die Helligkeit ist nicht über den gesamten Streuwinkel gleichmäßig.

Im Allgemeinen kann dieser Parameter im Bereich von 15 bis 140° liegen. SMD-LEDs haben einen größeren Winkel als Blei-LEDs. Beispielsweise sind 120° für eine LED in einem SMD 3528-Gehäuse normal.

Dominante Wellenlänge

Gemessen in Nanometern. Sie charakterisiert die Farbe des von der LED emittierten Lichts, die wiederum von der Wellenlänge und der chemischen Zusammensetzung des Halbleiterkristalls abhängt.

Infrarotstrahlung hat eine Wellenlänge von mehr als 760 nm, rote Strahlung von 610 bis 760 nm, gelbe von 570 bis 590 nm, violette von 400 bis 450 nm und ultraviolette Strahlung von weniger als 400 nm. Weißes Licht wird mit ultravioletten, violetten oder blauen Leuchtstoffen emittiert.

Farbtemperatur (CCT – Farbtemperatur)

Diese Eigenschaft ist in der Dokumentation für weiße LEDs angegeben und wird in Kelvin (K) gemessen. Kaltweiß (ca. 6000 K), Warmweiß (ca. 3000 K), Weiß (ca. 4500 K) – zeigt den Farbton von weißem Licht genau an.

Je nach Farbtemperatur ist die Farbwiedergabe unterschiedlich und Weiß wird von einem Menschen mit unterschiedlichen Farbtemperaturen unterschiedlich wahrgenommen. Warmes Licht ist angenehmer und besser für das Zuhause, kaltes Licht eignet sich eher für öffentliche Räume.

Lichteffizienz

Bei LEDs, die heute zur Beleuchtung verwendet werden, liegt diese Eigenschaft im Bereich von 100 lm/W. Leistungsstarke Modelle von LED-Lichtquellen haben Kompaktleuchtstofflampen (CFL) übertroffen und erreichen 150 lm/W oder mehr. Im Vergleich zu Glühlampen weisen LEDs eine mehr als fünfmal bessere Lichteffizienz auf.

Grundsätzlich gibt die Lichteffizienz numerisch an, wie effizient eine Lichtquelle im Hinblick auf den Energieverbrauch ist: Wie viele Watt sind erforderlich, um eine bestimmte Lichtmenge zu erzeugen – wie viele Lumen sind Wattzahlen.

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