Как правило, техническая поддержка светодиодов — это, прежде всего, сопровождение изделия печатными данными, в которых представлены измеренные параметры. Для разработчика большой интерес представляют графики т.н. фактора hot/cold, зависимость падения напряжения на кристалле от его температуры, а также реальное значение световой отдачи в рабочей точке температуры.
Однако даже эти данные не всегда представлены корректно. Очевидно, что при разработке изделий все эти параметры будут точно рассчитаны, но в случае простого сопровождения проекта затраты на полномасштабную разработку недопустимы. Чтобы оптимизировать такие расходы со стороны компании-разработчика, производители предлагают сервисы, которые оптимизируют этот процесс, позволяя получить достаточно точные оценочные данные.
Одним из мощнейших инструментов поддержки на сегодняшний день можно по праву считать интерактивные калькуляторы компании Future Lighting Solution, которые можно найти на сайте компании
(www.futurelightingsolution.com). Эти инструменты имеют дружелюбный интерфейс и достаточную точность.
В статье мы рассмотрим два из них, наиболее интересные для разработчика или инженера по сопровождению проектов: инструмент для оценки основных параметров светодиода в рабочем режиме и инструмент по оценке времени наработки светодиода на определённое значение деградации световой отдачи.
Первый из них носит название Usable Light Tool (ULT). В этом году компания-разработчик представила вторую версию этой программы. Улучшения в основном коснулись усовершенствования базы стандартных теплоотводов, светодиодов и графического представления результатов вычислений.
Рабочее окно программы состоит из двух абсолютно одинаковых колонок (см. рис. 1), что весьма удобно при сравнении двух возможных вариантов решения задачи, например, реализации фиксированного значения светового потока и оценки, будет ли вариант с меньшим количеством светодиодов, включённых в режиме 700 мА, лучше использования большего числа светодиодов в номинальном включении.
| Рис. 1. Рабочее окно ULT |
 |
Первые четыре строки этих колонок полностью посвящены выбору модели светодиода, его цветности или цвету. Следует заметить, что выбранный в первой колонке цветовой параметр по умолчанию переносится во вторую. Пятая строка, носящая название Optimization Algorithm Type, задаёт одно из двух фиксированных значений рабочих токов (максимальное или минимальное), либо осуществляется выбор т.н. оптимальной величины тока, необходимой для получения другого фиксированного параметра.
Отметим, что значение рабочего тока также можно задать в графе Override (decrease) Max. Curr., расположенной несколько ниже. Для этого достаточно ввести его в эту графу и выбрать тип алгоритма оптимизации по максимальному рабочему току. За графой алгоритма оптимизации следуют графы количества диодов, используемых в модуле (Number of Power LEDs), и значения температур окружающей среды (Ambient Temperature). Ниже находится графа выбора типа печатной платы.
Не секрет, что материал печатной платы играет существенную роль в передаче тепла от кристалла к теплоотводу. На выбор предлагаются три типа плат: FR4 с переходными отверстиями под маской (FR4 with Filled & Capped Vias); FR4 с открытыми переходными отверстиями (FR4 with Opened Vias); MCPCB. Затем вводится оригинальное значение термического сопротивления платы для одного светодиода (Custom Circuit Board). Далее следует графа выбора типа теплоотвода (Heat Sink Shape). Его можно выбрать стандартным или нестандартным (Custom Solution) и ввести известное значение термического сопротивления теплоотвода.
Перейдём к зоне дополнительных и паспортных данных. Остановимся на тех из них, которые являются управляемыми. Назначение первого из этих параметров — «Максимальное значение рабочего тока» — уже было описано, поэтому перейдём сразу ко второму.
В графе Override Typ. Flux @ Nom. Curr. вводится фиксированное значение светового потока, которое выбирается из максимально и минимально возможных значений. Графа Override Typ. Vf @ Nom. Curr. контролирует значение падения напряжения, которое выбирается между максимально и минимально возможными. В последней графе Override Lumen Maint. Tj выбирается максимальное значение температуры кристалла, по достижении которого остальные данные начнут автоматически изменяться, например, станет снижаться значение рабочего тока.
Активно оперируя всеми этими параметрами, можно достаточно точно оценить режим работы светодиодного модуля. После установления всех значений нажимаем кнопку Analyze Power LEDs и переходим к таблице результатов. Она разделена на две части: в верхней отображены входные данные, в нижней — непосредственно результаты. Среди них самыми важными являются значения эффективности светодиода, потребляемой мощности, рабочей температуры кристалла, светового потока и, конечно, световой отдачи. Все эти данные отображены как в численном выражении в соответствующих графах, так и в виде графиков зависимости этих параметров друг от друга.
Как уже было отмечено, инструмент LED Reliability Tool разработан для оперативной оценки времени деградации светодиода в рабочих условиях. Следует отдельно отметить, что этот инструмент работает на базе зависимости, полученной в ходе измерений, а не в результате теоретических вычислений.
Более того, технология оценки деградации уникальна. Дело в том, что в большинстве случаев приводится только усреднённая кривая деградации без учёта разброса этого параметра между образцами. Очевидно, что правильнее было бы указывать время деградации доли светодиодов из некоторого лота. Именно этот способ и реализован в инструменте LRT, лаконично обозначенном как Bxx, Lyy, где индекс В — процент подверженных деградации светодиодов, а L — процентное выражение деградации светового потока. Применяя систему с индексом В10, L70, можно получить время, за которое у 10% светодиодов некоторого лота световая отдача деградирует до 70% паспортного номинального значения. Всего LRT предлагает три варианта индекса: В10/L70; В20/L70; В50/L70.
Как и ULT, инструмент LRT позволяет с помощью двух колонок провести сравнительную оценку двух режимов работы светодиода (см. рис. 2). Первая графа обоих из них отвечает за выбор модели светодиода. Вторая — за технологию кристалла, использованную в этой модели. Вариантов выбора два — это технология AlInGaP (алюминий, индий, галлий, фосфор), на базе которой производятся красные (red), оранжевые (orange) и янтарные (amber) светодиоды, и технология InGaN (индий, галлий, азот), на базе которой реализуются все остальные цвета, включая белые.
| Рис. 2. Рабочее окно LRT |
 |
В графе Probability Distribution следует выбрать способ оценки по методу Bxx, Lyy. Далее в графе Lifetime Parameter to Solve выбирается один из трёх параметров, который становится искомым при оценке времени деградации. Если выбирается время деградации (lifetime), то задаются уже известные рабочая температура кристалла и значение тока. Если выбирается оптимальная температура кристалла (junction temperature), задаются некоторое желаемое время деградации и значение тока. Если требуется определить значение тока (forward current), задаются время деградации и температура кристалла.
После выбора всех параметров следует нажать кнопку Analyze Power LEDs, вслед за чем на экране появится график деградации (см. рис. 3). Он представляет собой зависимость времени жизни от температуры кристалла в рабочей точке. Для простоты восприятия над графиком имеется графа, отображающая значения времени деградации для выбранных условий.
| Рис. 3. График деградации кристалла |
 |
В заключение хотелось бы отметить, что оба инструмента показали неплохое соответствие экспериментальным данным. Точность инструмента ULT, по оценке автора, составила около 12%. Инструмент LRT, по понятным причинам, был проверен только для технологии кристалла AlInGaP и также показал хорошее соответствие между практическими и расчётными результатами.
 |
Антон Булдыгин Инженер ООО «Светотроника», buldygin@svetotronica.ru |