Kategorijas: Piedāvātie raksti » Gaismas avoti
Skatījumu skaits: 3486
Komentāri par rakstu: 0

Apgaismojuma LED pārkaršanas problēma un risinājumi

 

Salīdzinot ar strauji izbalējošajiem gaismas avotiem, LED avotiem ir tikai viens, bet ļoti nopietns trūkums. To izturība un uzticamība lielā mērā ir atkarīga no siltuma izdalīšanas no gaismas izstarojošām sastāvdaļām efektivitātes. Tāpēc gaismas diodes aizsardzības ķēde no pārkaršanas ir svarīga jebkuras augstas kvalitātes LED apgaismojuma sistēmas sastāvdaļa.

Vidēji apgaismojums noveda Desmit reizes lielāks par energoefektivitāti (rentabilitāti) nekā tradicionālā spuldze ar kvēldiegu. Tomēr, ja LED nav uzstādīts uz radiatora ar pietiekamu platību, tad tas, visticamāk, ātri neizdosies. Ir vispārpieņemts, neiedziļinoties detaļās, ka efektīvākiem apgaismojuma gaismas diodēm ir nepieciešama efektīvāka siltuma izkliedēšana nekā parastajām.

Tomēr izpētīsim problēmu dziļāk. Mēs novērtēsim divas lampas: pirmā ir halogēna, otrā ir LED. Un pēc tam - pievērsīsim uzmanību veidiem, kā saglabāt gaismas diožu izturību un pagarināt to vadītāju dzīvi. Fakts ir tāds, ka LED apgaismojuma sistēmas aizsargājošajai daļai būtu jānodrošina gan LED, gan vadītāja ķēžu droša darbība.

Piemēram, mums ir divas gaismas. Abas ierīces nodrošina 10 vatu jaudas. Vienīgā atšķirība ir tāda, ka halogēna prožektoru apgaismojumam ir nepieciešami 100 vati elektroenerģijas, bet gaismas diodei - tikai 30 vati.

Mēs zinām, ka gaismas diodes ir aptuveni 10 reizes efektīvākas saražotajā gaismā, taču patiesībā tās ir ārkārtīgi jutīgas pret augstām temperatūrām, un tāpēc tiem ļoti svarīgs ir temperatūras režīms, kurā elektriskās strāvas enerģija tiek pārveidota par gaismu.

30 vatu LED apgaismojums

Apgaismojumam ar halogēna lampu darba temperatūra pat +400 ° C ir droša norma, savukārt gaismas diodēm kristāla temperatūra +115 ° C jau ir kritiski bīstama, un diodes korpusa maksimālā temperatūra ir tikai +90 ° C. Tāpēc gaismas diodei nedrīkst ļaut pārkarst, un tam ir vairāki iemesli.

Palielinoties gaismu izstarojošās pārejas temperatūrai, LED gaismas efektivitāte samazinās, un tas ir atkarīgs gan no gaismas diodes dizaina, gan no vides stāvokļa. Turklāt gaismas diodes principā atšķiras ar tieša sprieguma krituma visā krustojumā negatīvās temperatūras koeficientu. Tas nozīmē, ka, palielinoties pārejas temperatūrai, tiešais sprieguma kritums visā tajā samazinās. Parasti šis koeficients svārstās no -3 līdz -6 mV / K.

Tādējādi, ja 25 ° C temperatūrā tiešs sprieguma kritums visā gaismas diodē ir 3,3 V, tad 75 ° C temperatūrā tas jau būs 3 volti vai mazāks. Un, ja LED draiveris nesamazina spriegumu visos montāžas gaismas diodēs, temperatūrai paaugstinoties, tad vienā smalkajā brīdī strāva tiks uzturēta nepietiekami augsta, kas novedīs pie pārkaršanas, pārslodzes, vēl lielāka tiešā sprieguma krituma samazināšanās un vēl straujāka kristāla temperatūras paaugstināšanās. Lēti LED lukturi ar pretestības strāvas ierobežojumu bieži parāda šo trūkumu visnegaidītākajā brīdī.

Barošanas avota sprieguma svārstību pielaides apvienojumā ar atšķirībām tiešā sprieguma kritumā uz gaismas diodes (ražošanas posmā gaismas diodes nav ideāli identiskas šim parametram), un sprieguma krituma negatīvās temperatūras koeficienta dēļ - jebkurā laikā šie faktori kopā var izraisīt drošības pārkāpumu gaismas diodes darbības režīmu un izraisīs slaida pašiznīcināšanos.

Protams, ja LED lampas (īpaši radiatora) dizains ir pietiekami ticams, tad īslaicīgus spilgtuma kritumus var atstāt novārtā, jo tie ir ļoti reti un šie pārkaršanas gadījumi ir īslaicīgi. Bet, ja pārkaršana notiek nepārtraukti, tad temperatūras paaugstināšanās nekavējoties pārvēršas par reāliem draudiem lampai.

Spēcīga LED uz radiatora

Gaismas diožu atteices iemesli, kad tās pārkarst

LED tiek iznīcināti, pārkarstot vairāku iemeslu dēļ. Pirmais iemesls ir mehāniskā sprieguma izmaiņas gaismas izstarojošā kristāla un monolītā LED mezgla iekšpusē. Otrais ir hermētiskuma, mitruma iespiešanās un oksidācijas pārkāpums. Aizsardzības epoksīda slānis noārdās, uz robežām notiek delaminācija, un kristāla kontakti tiek pakļauti korozijai.

Treškārt, dislokācijas skaita palielināšanās kristālā noved pie strāvas ceļu maiņas un punktu parādīšanas ar pārslodzes strāvas blīvumu un līdz ar to šo punktu pārkaršanu. Visbeidzot - metālu difūzijas parādība kontaktos pie paaugstinātas temperatūras, kas arī galu galā noved pie gaismas diodes nedarbojas.

LED izstrādātāji cenšas maksimāli samazināt šos neveiksmes faktorus, un tāpēc viņi visu laiku tehnoloģiski uzlabo ražošanas procesu. Neskatoties uz to, pārkaršanas dēļ kļūmes joprojām ir neizbēgamas, lai arī tās uzlabojas ražošanas procesā.

LED sildīšana

Mehāniskais spiediens ir visizplatītākais gaismas diožu priekšlaicīgas atteices iemesls. Būtība ir tāda, ka pārkaršanas laikā hermētiķis mīkstina, elektriskie kontakti un savienojošie vadītāji tiek nobīdīti no “rūpnīcas” stāvokļa, un, kad temperatūra beidzot pazeminās, notiek dzesēšana un hermētiķis atkal sacietē, bet tajā pašā laikā nospiež uz nedaudz pārvietotiem savienojumiem, kas galu galā noved pie acīmredzami sākotnēji vienmērīgās vadītspējas pārkāpumiem. Par laimi, gaismas diodēm, kas izgatavotas bez savienojošiem vadītājiem, praktiski nav šo trūkumu.

Arī LED un pamatnes lodētie savienojumi piedzīvo līdzīgu problēmu. Regulāri cikliski, acij neredzami, mīkstinoši un sacietējoši beidzas ar plaisu parādīšanos lodmetālos un sākotnējā kontakta pārkāpumu. Tāpēc LED kļūmes rodas atvērtas ķēdes dēļ, un šī plaisa bieži nav redzama. Lai novērstu šo problēmu, varat samazināt atšķirību starp gaismas diodes drošu darba temperatūru un apkārtējās vides temperatūru.

Jaudīgas gaismas diodes (patērē vairāk elektroenerģijas) dod vairāk gaismas, taču to gaismas jauda joprojām ir ierobežota. Tāpēc patērētājiem un ražotājiem bieži ir bīstams vilinājums darbināt lampas gaismas diodes ar pilnu jaudu, lai iegūtu maksimālu iespējamo spilgtumu. Bet tas ir patiešām bīstami, ja nenodrošina pietiekami efektīvu dzesēšanu.

Protams, dizaineri vēlas izveidot interesantu formu elegantus armatūru, taču dažreiz viņi aizmirst, ka ir jānodrošina adekvāta gaisa kustība un adekvāta siltuma izkliedēšana - tas bieži vien ir vissvarīgākais gaismas diodēm, ievērojot stabilu un augstas kvalitātes enerģijas avotu.

Jā, un svarīga ir tieša LED gaismu uzstādīšana. Ja viens lukturis ir uzstādīts virs otra kā tik jaudīgs, tad gaisa plūsmu no apakšējā luktura var palēnināt ar augšējo, un tāpēc zemāks ir sliktākas temperatūras apstākļos. Vai, piemēram, siltumizolācija sienā vai uz telpas griestiem var traucēt siltuma izkliedi, pat ja lampas projektēšanas laikā visi siltumtehniskie aprēķini tika veikti perfekti un tehnoloģiski tas tika veikts pēc iespējas pareizāk. Tomēr neveiksmes varbūtība palielinās vienkārši izsitumu un analfabēta gatavā produkta uzstādīšanas dēļ.

Viens no cienīgiem gaismas diožu pārkaršanas problēmas risinājumiem ir temperatūras aizsardzības iekļaušana vadītāja ķēdē ar atgriezenisko saiti precīzi pēc temperatūras. Kad kāda iemesla dēļ radiatora temperatūra ir bīstami paaugstinājusies - lai pazeminātu jaudu, lai uzturētu temperatūru drošā diapazonā, strāva automātiski samazinās.

Vienkāršākais risinājums ir pievienot shēmai. pozitīvs temperatūras koeficienta termistors (Tas ir iespējams ar negatīvu temperatūras koeficientu, bet tad ķēdei vajadzētu apgriezt signālu atgriezeniskās saites ķēdē).


Termiskās aizsardzības piemērs, izmantojot termistoru

Piemēram, apsveriet ķēdi, kuras pamatā ir specializēts mikrokontrollers ar strāvu ierobežojošu ķēdi. Kad temperatūra paaugstinās virs noteikta sliekšņa (ko nosaka termistors un rezistori), termistors ar pozitīva pretestības koeficientu, kas uzstādīts uz radiatora kopā ar gaismas diodēm, palielina tā pretestību, kas noved pie attiecīgā strāvas samazināšanās vadītāja izejas ķēdē.

Šajā sakarā vadītāja ķēdes ar spilgtuma kontroli ir ļoti ērtas PWM (impulsa platuma modulācija), kas ļauj vienlaikus un manuāli pielāgot spilgtumu un aizsargāt gaismas diodes no pārkaršanas.

Termiskās aizsardzības piemērs, izmantojot termistoru

Risinājums ar termistoru ir ērts ar to, ka strāvas izmaiņas un līdz ar to arī spilgtuma samazināšanās šādā shēmā notiks vienmērīgi, nemanāmi acīm un nervu sistēmai, kas nozīmē, ka nekas nemirgos un neradīs kairinājumu apkārtējiem cilvēkiem un dzīvniekiem. Augšējās robežas temperatūru vienkārši nosaka, izvēloties termistoru un rezistoru. Tas ir daudz labāk nekā risinājumi ar termiskajiem sensoriem, kas vienkārši strauji atver ķēdi un nogaida, līdz radiators atdziest, un pēc tam atkal ieslēdz apgaismojumu pilnā spilgtumā.

Specializēts LED draiveru mikroshēmas, protams, maksā naudu, bet par pretī iegūtā luktura uzticamība un izturība atkārtoti maksās par šo ieguldījumu.

Ir vērts atcerēties, ka, ņemot vērā gaismas diožu normālas darbības apstākļus, to kalpošanas laiks tiek mērīts desmitos tūkstošu stundu, pēc tam paši jautājumi par “pareizā” vadītāja materiālajām izmaksām pazūd.

Ir svarīgi tikai nodrošināt vadītājam pastāvīgu zemu temperatūru, jo tas jums vienkārši nav jānovieto tuvu gaismas diožu radiatoram. Nepareizi dara tie, kas cenšas aizzīmogot komponentu izvietojumu projektora iekšpusē. Vadītāja korpusu labāk parādīt kā atsevišķu vienību. Šeit drošība un piesardzība ir gaismas diožu izturības atslēga.

Labākās gaismas diožu enerģijas pārvaldības mikroshēmas ir aprīkotas ar iekšējām ķēdēm aizsardzībai pret pašu pārkaršanu, ja mikroshēma gaismekļa izstrādātāja dizaina apsvērumu dēļ tomēr jāatrodas tajā pašā korpusā ar manāmi sildāmām sastāvdaļām, piemēram, radiatoru. Bet labāk nav ļaut mikroshēmai pārkarst virs 70 ° C un aprīkot to ar savu radiatoru. Tad gan gaismas diodes, gan vadītāja mikroshēma dzīvos ilgāk.

Gaismas diodes strāvas atkarība no radiatora temperatūras

Interesants var būt risinājums, izmantojot termiskās aizsardzības ķēdē divus ar virkni savienotus termistorus. Tie būs dažādi termistori, jo drošās temperatūras robežas mikroshēmai un gaismas diodēm ir atšķirīgas. Bet rezultāts tiks sasniegts nepieciešamais - vienmērīga spilgtuma kontrole gan tad, kad vadītājs pārkarst, gan kad gaismas diodes pārkarst.

Skatīt arī vietnē electrohomepro.com:

  • Kas ir LED degradācija?
  • Kā izvēlēties pareizo gaismas diožu draiveri
  • Kā izvēlēties gaismas diožu barošanas avotu
  • Kāda ir atšķirība starp LED barošanas avotu un draiveri: teorija un prakse, ...
  • LED apgaismojuma priekšrocības

  •