Κατηγορίες: Προτεινόμενα άρθρα » Πηγές φωτός
Αριθμός προβολών: 3486
Σχόλια σχετικά με το άρθρο: 0

Το πρόβλημα της υπερθέρμανσης των LED φωτισμού και των λύσεων

 

Σε σύγκριση με τις ταχέως εξασθενείς πηγές φωτός, οι πηγές LED έχουν μόνο ένα, αλλά πολύ σοβαρό ελάττωμα. Η ανθεκτικότητα και η αξιοπιστία τους εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την αποτελεσματικότητα της απομάκρυνσης θερμότητας από τα συστατικά που εκπέμπουν φως. Επομένως, το κύκλωμα προστασίας της λυχνίας LED από την υπερθέρμανση είναι ένα σημαντικό στοιχείο οποιουδήποτε συστήματος φωτισμού υψηλής ποιότητας LED.

Μέσος όρος οδήγησε φωτισμό δέκα φορές ανώτερη στην ενεργειακή αποδοτικότητα (κερδοφορία) σε έναν παραδοσιακό λαμπτήρα με ένα νήμα. Ωστόσο, εάν η ενδεικτική λυχνία LED δεν είναι εγκατεστημένη σε ένα θερμαντικό σώμα με επαρκή επιφάνεια, τότε πιθανότατα θα αποτύχει γρήγορα. Είναι γενικά αποδεκτό, χωρίς να αναφερθούμε σε λεπτομέρειες, ότι πιο αποτελεσματικά LED φωτισμού απαιτούν πιο αποδοτική διάχυση θερμότητας από τα συμβατικά.

Ας εξετάσουμε ωστόσο το πρόβλημα πιο βαθιά. Θα αξιολογήσουμε δύο λάμπες: το πρώτο είναι το αλογόνο, το δεύτερο είναι το LED. Και μετά από αυτό - ας δώσουμε προσοχή στους τρόπους διατήρησης της αντοχής των οδηγήσεων και να παρατείνουμε τη διάρκεια ζωής των οδηγών τους. Το γεγονός είναι ότι το προστατευτικό μέρος του συστήματος φωτισμού LED θα πρέπει να εξασφαλίζει την ασφαλή λειτουργία των LED και των κυκλωμάτων οδηγού.

Για παράδειγμα, έχουμε δύο φώτα. Και οι δύο συσκευές παρέχουν 10 watts φωτεινής ισχύος. Η μόνη διαφορά είναι ότι ένας προβολέας αλογόνου απαιτεί 100 Watt ηλεκτρικής ενέργειας και ένα LED μόνο 30 Watt.

Γνωρίζουμε ότι τα LED είναι περίπου 10 φορές πιο αποτελεσματικά στο παραγόμενο φως, αλλά στην πραγματικότητα είναι εξαιρετικά ευαίσθητα στις υψηλές θερμοκρασίες και επομένως το καθεστώς θερμοκρασίας στο οποίο η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας στο φως είναι πολύ σημαντικό για αυτούς.

30 Watt Downlight

Για ένα φωτιστικό με λαμπτήρα αλογόνου, η θερμοκρασία λειτουργίας ακόμη και στους +400 ° C είναι ασφαλής, ενώ για τις λυχνίες LED κρυσταλλική θερμοκρασία +115 ° C είναι ήδη επικίνδυνη και η μέγιστη θερμοκρασία της θήκης είναι μόλις + 90 ° C. Επομένως, δεν πρέπει να επιτρέπεται η υπερθέρμανση της λυχνίας LED και υπάρχουν πολλοί λόγοι για αυτό.

Με την αυξανόμενη θερμοκρασία της μετάβασης που εκπέμπει φως, η φωτεινότητα της LED μειώνεται, και αυτό εξαρτάται τόσο από το σχεδιασμό του LED όσο και από την κατάσταση του περιβάλλοντος. Επιπλέον, τα LED, κατ 'αρχήν, διαφέρουν στον αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας της άμεσης πτώσης τάσης στην διασταύρωση. Αυτό σημαίνει ότι με την αύξηση της θερμοκρασίας μετάβασης μειώνεται η απ 'ευθείας πτώση τάσης. Συνήθως, αυτός ο συντελεστής κυμαίνεται από -3 έως -6 mV / K.

Επομένως, εάν στους 25 ° C η άμεση πτώση τάσης στο LED είναι 3,3 V, τότε στους 75 ° C θα είναι ήδη 3 ή λιγότερα βολτ. Και αν ο οδηγός LED δεν μειώνει την τάση σε όλες τις λυχνίες συναρμολόγησης καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, τότε σε μια λεπτή στιγμή το ρεύμα θα διατηρηθεί ανεπαρκώς υψηλό, πράγμα που θα οδηγήσει σε υπερθέρμανση, υπερφόρτωση, περαιτέρω μείωση της άμεσης πτώσης τάσης και ακόμη μεγαλύτερη αύξηση της θερμοκρασίας των κρυστάλλων. Φτηνές λυχνίες LED με περιορισμό ρεύματος περιορισμού δείχνουν συχνά αυτό το μειονέκτημα στην πιο απροσδόκητη στιγμή.

Ανοχές για διακυμάνσεις στην τάση της τροφοδοσίας σε συνδυασμό με διαφορές στην άμεση πτώση τάσης στο LED (στο στάδιο παραγωγής, οι LED δεν είναι ιδανικά ίδιες για αυτή την παράμετρο) και λόγω του αρνητικού συντελεστή θερμοκρασίας της πτώσης τάσης - ανά πάσα στιγμή, οι παράγοντες αυτοί μπορούν μαζί να προκαλέσουν παραβίαση της ασφάλειας τρόπο λειτουργίας του LED και προκαλεί μια διαφάνεια στην αυτοκαταστροφή του.

Φυσικά, εάν ο σχεδιασμός της λυχνίας LED (ειδικά του ψυγείου) είναι αρκετά αξιόπιστος, τότε οι βραχυπρόθεσμες μειώσεις φωτεινότητας μπορούν να παραμεληθούν, δεδομένου ότι είναι πολύ σπάνιες και αυτές οι υπερθέρμανες είναι βραχυπρόθεσμες. Αλλά εάν η υπερθέρμανση είναι συνεχής, τότε η άνοδος της θερμοκρασίας μετατρέπεται αμέσως σε πραγματική απειλή για τη λάμπα.

Ισχυρό LED στο ψυγείο

Οι λόγοι για την αποτυχία των λυχνιών LED όταν υπερθερμαίνονται

Οι λυχνίες LED καταστρέφονται από υπερθέρμανση για διάφορους λόγους. Ο πρώτος λόγος είναι η μεταβολή της μηχανικής καταπόνησης στο εσωτερικό του κρυστάλλου που εκπέμπει φως και του μονολιθικού συγκροτήματος LED. Η δεύτερη είναι παραβίαση της στεγανότητας, της διείσδυσης της υγρασίας και της οξείδωσης. Η προστατευτική εποξική στιβάδα υποβαθμίζεται, η αποκόλληση γίνεται στα όρια και οι επαφές των κρυστάλλων υφίστανται διάβρωση.

Τρίτον, η αύξηση του αριθμού των εξάρσεων στον κρύσταλλο οδηγεί σε μια αλλαγή στις διαδρομές ρεύματος και στην εμφάνιση σημείων υπερβολικής πυκνότητας ρεύματος και, κατά συνέπεια, σε υπερθέρμανση αυτών των σημείων. Τέλος - το φαινόμενο της διάχυσης μετάλλων στις επαφές σε υψηλές θερμοκρασίες, γεγονός που τελικά οδηγεί σε μη λειτουργικότητα του LED.

Οι προγραμματιστές LED προσπαθούν να ελαχιστοποιήσουν αυτούς τους παράγοντες αποτυχίας και συνεπώς συνεχώς βελτιώνουν τεχνολογικά τη διαδικασία παραγωγής. Παρόλα αυτά, λόγω της υπερθέρμανσης, οι αποτυχίες εξακολουθούν να είναι αναπόφευκτες, παρόλο που γίνονται λιγότερο συνηθισμένες με τη βελτίωση της παραγωγικής διαδικασίας.

LED θέρμανση

Η μηχανική πίεση είναι η πιο συνηθισμένη αιτία πρόωρης αποτυχίας των LED. Η κατώτατη γραμμή είναι ότι με την υπερθέρμανση, το στεγανωτικό μαλακώνει, οι ηλεκτρικές επαφές και οι συνδετικοί αγωγοί μετατοπίζονται από την εργοστασιακή θέση και όταν η θερμοκρασία πέσει τελικά, λαμβάνει χώρα ψύξη και το στεγανωτικό στερεοποιείται ξανά, αλλά ταυτόχρονα πιέζει τις ήδη ελαφρώς μετατοπισμένες συνδέσεις, οι οποίες στο τέλος οδηγεί σε σαφή παραβίαση της αρχικά ομοιόμορφης αγωγιμότητας. Ευτυχώς, τα LED που κατασκευάζονται χωρίς αγωγούς συνδέονται ουσιαστικά με αυτό το μειονέκτημα.

Οι αραιωμένες αρμούς μεταξύ του LED και του υποστρώματος αντιμετωπίζουν επίσης ένα παρόμοιο πρόβλημα. Η τακτική κυκλική, αόρατη στο μάτι, μαλάκυνση και σκλήρυνση τελειώνει με την εμφάνιση ρωγμών στα συγκολλητικά και την παραβίαση της αρχικής επαφής. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι βλάβες των LED εμφανίζονται λόγω ανοικτού κυκλώματος και αυτό το κενό συχνά δεν είναι ορατό. Για να αποφύγετε αυτό το πρόβλημα, μπορείτε να ελαχιστοποιήσετε τη διαφορά μεταξύ της ασφαλούς θερμοκρασίας λειτουργίας της λυχνίας LED και της θερμοκρασίας περιβάλλοντος.

Οι ισχυρές λυχνίες LED (καταναλώνουν περισσότερη ηλεκτρική ισχύ) δίνουν περισσότερο φως, αλλά η παραγωγή φωτός τους είναι ακόμη περιορισμένη. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι καταναλωτές και οι κατασκευαστές συχνά έχουν έναν επικίνδυνο πειρασμό να λειτουργούν τα LED της λάμπας σε πλήρη ισχύ, προκειμένου να αποκτήσουν τη μέγιστη δυνατή φωτεινότητα. Αλλά είναι πραγματικά επικίνδυνο εάν δεν παρέχετε αρκετή αποτελεσματική ψύξη.

Φυσικά, οι σχεδιαστές θέλουν να δημιουργήσουν κομψά φωτιστικά ενδιαφέροντα σχήματα, αλλά μερικές φορές ξεχνούν ότι είναι απαραίτητο να εξασφαλιστεί επαρκής μετακίνηση αέρα και επαρκής απορρόφηση θερμότητας - αυτό είναι συχνά το πιο σημαντικό πράγμα για τις λυχνίες LED, ακολουθώντας μια σταθερή και υψηλής ποιότητας πηγή ενέργειας.

Ναι, και η άμεση εγκατάσταση των φώτων LED είναι σημαντική. Εάν ένας λαμπτήρας είναι τοποθετημένος πάνω από τον άλλο τόσο ισχυρό, τότε η ροή του αέρα από τον κάτω λαμπτήρα μπορεί να επιβραδυνθεί από την επάνω και η χαμηλότερη θα είναι συνεπώς σε χειρότερες συνθήκες θερμοκρασίας. Ή, για παράδειγμα, η θερμομόνωση στον τοίχο ή στην οροφή ενός δωματίου μπορεί να επηρεάσει τη διάχυση της θερμότητας, ακόμη και αν κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού της λάμπας έγιναν τέλειοι θερμικοί υπολογισμοί τέλεια και τεχνολογικά έγινε όσο το δυνατόν πιο σωστά. Παρόλα αυτά, η πιθανότητα αποτυχίας αυξάνεται απλώς λόγω εξανθήματος και αναλφάβητης εγκατάστασης του τελικού προϊόντος.

Μία από τις αξιόλογες λύσεις για το πρόβλημα της υπερθέρμανσης των LED είναι η συμπερίληψη της προστασίας θερμοκρασίας στο κύκλωμα του οδηγού με ανατροφοδότηση ακριβώς με τη θερμοκρασία. Όταν η θερμοκρασία του ψυγείου για κάποιο λόγο αυξάνεται επικίνδυνα - για να μειωθεί η ισχύς, προκειμένου να διατηρηθεί η θερμοκρασία μέσα στην ασφαλή περιοχή, το ρεύμα μειώνεται αυτόματα.

Η απλούστερη λύση είναι να προσθέσετε στο σχήμα. θερμίστορ θετικού συντελεστή θερμοκρασίας (Είναι δυνατόν με αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας, αλλά τότε το κύκλωμα θα πρέπει να αντιστρέψει το σήμα στο κύκλωμα ανάδρασης).


Παράδειγμα θερμικής προστασίας με τη χρήση θερμίστορ

Για παράδειγμα, εξετάστε ένα κύκλωμα βασισμένο σε έναν εξειδικευμένο μικροελεγκτή με κύκλωμα περιορισμού ρεύματος. Όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει πάνω από ένα ορισμένο κατώφλι (που καθορίζεται από ένα θερμίστορ και αντιστάσεις), ένας θερμίστορ με θετικό συντελεστή αντίστασης, τοποθετημένος πάνω στον ψύκτη μαζί με τα LED, αυξάνει την αντίσταση του, πράγμα που οδηγεί σε αντίστοιχη μείωση του ρεύματος στο κύκλωμα εξόδου του οδηγού.

Από αυτή την άποψη, τα κυκλώματα οδηγού με έλεγχο φωτεινότητας είναι πολύ βολικά PWM (διαμόρφωση εύρους παλμών), η οποία σας επιτρέπει να προσαρμόσετε τη φωτεινότητα ταυτόχρονα και με το χέρι και να προστατεύετε τις λυχνίες LED από υπερθέρμανση.

Παράδειγμα θερμικής προστασίας με τη χρήση θερμίστορ

Μια λύση με ένα θερμίστορ είναι βολική κατά το ότι μια αλλαγή στο ρεύμα και επομένως μια μείωση της φωτεινότητας θα συμβεί σε ένα τέτοιο σχήμα ομαλά, αόρατα στα μάτια και στο νευρικό σύστημα, πράγμα που σημαίνει ότι τίποτα δεν θα τρεμοπαίζει και δεν θα προκαλέσει ερεθισμό στους ανθρώπους και τα ζώα γύρω. Η θερμοκρασία του ανώτερου ορίου καθορίζεται απλά από την επιλογή ενός θερμίστορ και ενός αντιστάτη. Αυτό είναι πολύ καλύτερο από λύσεις με αισθητήρες θερμοκρασίας, οι οποίοι ανοίγουν απλά το κύκλωμα και περιμένουν μέχρι το ψυγείο να κρυώσει και στη συνέχεια να ανάψει ξανά ο φωτισμός σε πλήρη φωτεινότητα.

Εξειδικευμένο LED τσιπ οδηγού, φυσικά, το κόστος χρήματος, αλλά η αξιοπιστία και η αντοχή του λαμπτήρα που λαμβάνεται σε αντάλλαγμα θα πληρώνουν επανειλημμένα για αυτή την επένδυση.

Αξίζει να θυμηθούμε ότι, υπό τις κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας λειτουργίας των LED, η διάρκεια ζωής τους μετράται σε δεκάδες χιλιάδες ώρες, τότε οι ερωτήσεις σχετικά με το κόστος υλικών του "σωστού" οδηγού εξαφανίζονται από μόνες τους.

Είναι σημαντικό μόνο να παρέχετε στον οδηγό μια σταθερή χαμηλή θερμοκρασία, γι 'αυτό απλά δεν χρειάζεται να το τοποθετείτε κοντά στο ψυγείο των LED. Λάθος να κάνετε όσους προσπαθούν να σφραγίσουν την τοποθέτηση εξαρτημάτων μέσα στον προβολέα. Είναι καλύτερο να εμφανίσετε το περίβλημα του οδηγού ως ξεχωριστή μονάδα. Εδώ, η ασφάλεια και η σύνεση είναι το κλειδί για την αντοχή των LED.

Τα καλύτερα μικροκυκλώματα για τη διαχείριση ισχύος των λυχνιών LED είναι εξοπλισμένα με εσωτερικά κυκλώματα για προστασία από τη υπερθέρμανση τους σε περίπτωση που ο μικροκυκλώνας, για λόγους σχεδιασμού του κατασκευαστή του φωτιστικού, θα πρέπει να βρίσκεται στο ίδιο περίβλημα με αισθητά θερμαντικά στοιχεία, όπως ένα ψυγείο. Αλλά είναι προτιμότερο να μην επιτρέπεται η υπερθέρμανση του μικροκυκλώματος πάνω από τους 70 ° C και να εξοπλίζεται με το δικό του θερμαντικό σώμα. Στη συνέχεια, τόσο τα LED όσο και το μικροκυκλωματικό κύκλωμα οδηγού θα διαμείνουν περισσότερο.

Η εξάρτηση του ρεύματος LED από τη θερμοκρασία του ψυγείου

Μια λύση που χρησιμοποιεί δύο σειριακά συνδεδεμένους θερμοστάτες σε ένα κύκλωμα θερμικής προστασίας μπορεί να είναι ενδιαφέρουσα. Αυτά θα είναι διαφορετικά θερμίστορ, αφού τα ασφαλή όρια θερμοκρασίας για το μικροκύκλωμα και τα LED είναι διαφορετικά. Αλλά το αποτέλεσμα θα επιτευχθεί αυτό που χρειάζεται - ο ομαλός έλεγχος της φωτεινότητας τόσο όταν ο οδηγός υπερθερμανθεί, όσο και τα LED που υπερθερμαίνονται.

Δείτε επίσης στο i.electricianexp.com:

  • Τι είναι η υποβάθμιση των LED;
  • Πώς να επιλέξετε το σωστό οδηγό για τις λυχνίες LED
  • Πώς να επιλέξετε μια τροφοδοσία για τις λυχνίες LED
  • Ποια είναι η διαφορά ανάμεσα σε μια τροφοδοσία ρεύματος και έναν οδηγό για τις λυχνίες LED: θεωρία και πρακτική, ...
  • Πλεονεκτήματα του φωτισμού LED

  •