Masalah pemanasan lampu LED dan penyelesaian

Apabila dibandingkan dengan sumber cahaya yang cepat memudar, sumber LED hanya mempunyai satu, tetapi kecacatan yang sangat serius. Ketahanan dan kebolehpercayaan mereka sebahagian besarnya bergantung kepada kecekapan pemindahan haba dari komponen pemancar cahaya. Oleh itu, litar perlindungan LED dari overheating adalah komponen penting dalam mana-mana sistem lampu LED yang berkualiti tinggi.

Purata pencahayaan yang diterajui sepuluh kali lebih baik dalam kecekapan tenaga (keuntungan) kepada bola lampu tradisional dengan filamen. Walau bagaimanapun, jika LED tidak dipasang pada radiator kawasan yang mencukupi, maka kemungkinan besar akan gagal dengan cepat. Ia diterima secara umum, tanpa menerangkan, bahawa lampu LED yang lebih cekap memerlukan pelesapan haba yang lebih cekap daripada yang konvensional.

Marilah kita meneliti masalah ini dengan lebih mendalam. Kami akan menilai dua lampu: yang pertama adalah halogen, yang kedua adalah LED. Dan selepas itu - mari kita perhatikan cara-cara untuk memelihara ketahanan LED dan memanjangkan hayat pemandu mereka. Hakikatnya ialah bahagian pelindung sistem pencahayaan LED harus memastikan fungsi selamat dari kedua-dua LED dan litar pemacu.

Sebagai contoh, kita mempunyai dua lampu. Kedua-dua peranti menyediakan 10 watt kuasa cahaya. Satu-satunya perbezaan ialah lampu halogen memerlukan 100 watt kuasa elektrik, dan LED hanya 30 watt.

Kita tahu bahawa LED adalah kira-kira 10 kali lebih berkesan dalam cahaya yang dihasilkan, tetapi pada hakikatnya mereka sangat sensitif terhadap suhu tinggi, dan oleh itu rejim suhu di mana penukaran tenaga arus elektrik ke cahaya sangat penting bagi mereka.

Untuk luminaire dengan lampu halogen, suhu kerja walaupun pada suhu 400 ° C adalah norma yang selamat, manakala untuk LED, suhu kristal +115 ° C sudah kritikal yang berbahaya, dan suhu maksimum kes diod adalah hanya 90 ° C. Oleh itu, LED tidak boleh dibenarkan terlalu panas, dan ada beberapa sebab untuk ini.

Dengan peningkatan suhu peralihan pemancar cahaya, kecekapan cahaya LED menurun, dan ini bergantung kepada reka bentuk LED dan keadaan persekitaran. Di samping itu, LED, pada dasarnya, berbeza dalam pekali suhu negatif bagi penurunan voltan terus di persimpangan. Ini bermakna bahawa dengan peningkatan suhu peralihan, penurunan voltan langsung merentasnya. Biasanya, pekali ini berbeza dari -3 hingga -6 mV / K.

Oleh itu, jika pada 25 ° C penurunan voltan langsung merentasi LED ialah 3.3 V, maka pada 75 ° C ia akan menjadi 3 atau kurang voltan. Dan jika pemandu LED tidak mengurangkan voltan pada semua LED pemasangan apabila suhu meningkat, maka pada masa yang baik arus akan dikekalkan tidak mencukupi tinggi, yang akan menyebabkan terlalu panas, beban, penurunan selanjutnya dalam penurunan voltan langsung, dan peningkatan lebih cepat dalam suhu kristal. Lampu LED murah dengan had semasa rintangan sering menunjukkan kelemahan ini pada saat yang paling tidak dijangka.

Toleransi untuk turun naik dalam voltan bekalan kuasa digabungkan dengan perbezaan penurunan voltan langsung pada LED (pada peringkat pengeluaran, LED tidak sesuai untuk parameter ini), dan kerana pekali suhu negatif voltan jatuh - pada bila-bila masa, faktor-faktor ini bersama-sama boleh menyebabkan pelanggaran keselamatan mod operasi LED dan mencetuskan slaid untuk pemusnahan diri.

Sudah tentu, jika reka bentuk lampu LED (terutamanya radiator) cukup boleh dipercayai, maka penurunan kecerahan jangka pendek boleh diabaikan, kerana mereka sangat jarang dan overheats ini adalah jangka pendek. Tetapi jika pemanasan melampau adalah berterusan, maka kenaikan suhu segera berubah menjadi ancaman sebenar kepada lampu.

Sebab kegagalan LED ketika mereka terlalu panas

LED dimusnahkan oleh terlalu panas untuk beberapa sebab. Sebab pertama ialah perubahan dalam tekanan mekanikal di dalam kristal memancarkan cahaya dan pemasangan LED monolitik. Yang kedua adalah pelanggaran ketat, penembusan kelembapan dan pengoksidaan. Lapisan epoksi pelindung merosot, penembusan berlaku di sempadan, dan kenalan kristal mengalami kakisan.

Ketiga, peningkatan jumlah dislokasi di dalam kristal menyebabkan perubahan dalam laluan semasa dan penampilan titik kepadatan arus yang berlebihan dan, akibatnya, untuk terlalu panas mata ini. Akhirnya - fenomena penyebaran logam pada kenalan pada suhu tinggi, yang akhirnya membawa kepada ketidakoperasian LED.

Pemaju LED cuba yang terbaik untuk meminimumkan faktor kegagalan ini, dan oleh itu sepanjang masa mereka secara teknikal meningkatkan proses pengeluaran. Walau bagaimanapun, kerana terlalu panas, kegagalan masih tidak dapat dielakkan, walaupun mereka kurang biasa dengan peningkatan proses pengeluaran.

Tekanan mekanikal adalah punca utama kegagalan awal LED. Garis bawahnya ialah dengan terlalu panas, sealant melembutkan, kenalan elektrik dan konduktor penghubung dipindahkan dari kedudukan "kilang", dan apabila suhu akhirnya jatuh, penyejukan berlaku dan sealant menguatkan lagi, tetapi pada masa yang sama menekan pada sambungan yang sudah lama ditinggalkan, yang pada akhirnya membawa kepada pelanggaran jelas kekonduksian yang awalnya seragam. Mujurlah, LED yang dibuat tanpa menghubungkan konduktor tidak praktikal tanpa kelemahan ini.

Sendi yang dibebani antara LED dan substrat juga mengalami masalah yang sama. Cyclic tetap, tidak dapat dilihat dengan mata, melembutkan dan mengeraskan akhir dengan kemunculan retak dalam solder dan pelanggaran hubungan awal. Itulah sebabnya kegagalan LED berlaku kerana litar terbuka, dan jurang ini sering tidak kelihatan. Untuk mengelakkan masalah ini, anda boleh meminimumkan perbezaan antara suhu operasi selamat LED dan suhu ambien.

LED berkuasa (memakan lebih banyak kuasa elektrik) memberi lebih banyak cahaya, tetapi keluaran cahaya mereka masih terhad. Itulah sebabnya pengguna dan pengeluar sering mempunyai godaan yang berbahaya untuk mengendalikan LED dalam lampu dengan kuasa penuh untuk mendapatkan kecerahan maksimum maksimum. Tetapi ia benar-benar berbahaya jika anda tidak memberikan penyejukan yang cukup berkesan.

Sudah tentu, pereka ingin membuat lekapan elegan bentuk yang menarik, tetapi kadang kala mereka lupa bahawa perlu untuk memastikan pergerakan udara yang mencukupi dan pelesapan haba yang mencukupi - ini sering merupakan perkara yang paling penting untuk LED, berikutan sumber kuasa yang stabil dan berkualiti tinggi.

Ya, dan lampu LED pemasangan langsung adalah penting. Jika satu lampu dipasang di atas yang lain sebagai kuat, maka aliran udara dari lampu bawah dapat diperlahankan oleh yang atas, dan yang lebih rendah akan menjadi keadaan suhu yang lebih buruk. Atau, sebagai contoh, penebat haba di dinding atau di siling bilik boleh mengganggu pelesapan haba, walaupun semasa reka bentuk lampu semua pengiraan haba dilakukan dengan sempurna dan secara teknikalnya dibuat dengan betul sebaik mungkin. Begitu juga, kebarangkalian kegagalan meningkat hanya disebabkan oleh ruam dan pemasangan buta produk siap.

Salah satu penyelesaian yang sesuai untuk masalah pemanasan LED terlalu panas adalah kemasukan perlindungan suhu di litar pemacu dengan maklum balas dengan tepat oleh suhu. Apabila suhu pemancar untuk sebab tertentu berbahaya - untuk menurunkan kuasa, untuk mengekalkan suhu dalam jarak selamat, arus secara automatik berkurangan.

Penyelesaian yang paling mudah adalah untuk menambah skema. thermistor pekali suhu positif (Ia adalah mungkin dengan pekali suhu negatif, tetapi litar tersebut perlu membalikkan isyarat dalam litar umpan balik).

Contoh perlindungan terma menggunakan termistor

Sebagai contoh, pertimbangkan litar berdasarkan mikropengawal khusus dengan litar penghadiran semasa. Apabila suhu meningkat di atas ambang tertentu (ditetapkan oleh termistor dan perintang), termistor dengan pekali rintangan positif, dipasang pada heatsink bersama-sama dengan LED, meningkatkan rintangannya, yang menyebabkan penurunan sama semasa dalam litar keluaran pemandu.

Dalam hal ini, litar pemandu dengan kawalan kecerahan sangat mudah PWM (modulasi lebar denyut), yang membolehkan anda secara serentak dan menyesuaikan kecerahan secara manual, dan melindungi LED daripada terlalu panas.

Penyelesaian dengan termistor adalah mudah kerana perubahan dalam arus, dan oleh itu penurunan kecerahan, akan berlaku dalam skim seperti lancar, tidak kelihatan kepada mata dan sistem saraf, yang bermaksud bahawa tiada apa yang akan berkedip dan tidak akan menyebabkan kerengsaan kepada orang dan haiwan di sekitar. Suhu had atas hanya ditentukan oleh pilihan termistor dan perintang. Ini jauh lebih baik daripada penyelesaian dengan sensor suhu, yang hanya membuka lubang lancar dan tunggu sehingga radiator menyejuk, dan kemudian menghidupkan lagi lampu pada kecerahan penuh.

Khusus Cip pemacu LED, sudah tentu, kos wang, tetapi kebolehpercayaan dan ketahanan lampau yang diperoleh kembali akan berulang kali membayar untuk pelaburan ini.

Adalah perlu diingati bahawa, tertakluk kepada keadaan suhu biasa operasi LED, hayat perkhidmatan mereka diukur dalam berpuluh-puluh ribu jam, maka soalan mengenai kos bahan pemandu "betul" hilang sendiri.

Ia hanya penting untuk memberikan pemandu dengan suhu rendah yang tetap, kerana ini anda tidak perlu meletakkannya dekat dengan radiator LED. Salah laku mereka yang berusaha untuk mengelak penempatan komponen di dalam projektor. Adalah lebih baik untuk memaparkan perumahan pemandu sebagai unit berasingan. Di sini, keselamatan dan kehati-hatian adalah kunci kepada ketahanan LED.

Mikro sirkuit terbaik untuk pengurusan kuasa LED dilengkapi dengan litar dalaman untuk perlindungan terhadap terlalu panas mereka sendiri sekiranya mikrosirkuit itu, untuk sebab reka bentuk pemaju luminaire, sepatutnya terletak di perumahan yang sama dengan komponen pemanasan yang nyata, seperti radiator. Tetapi lebih baik tidak membenarkan microcircuit terlalu panas di atas 70 ° C dan melengkapkannya dengan radiator sendiri. Kemudian kedua-dua LED dan microcircuit pemandu akan hidup lebih lama.

Penyelesaian menggunakan dua termistor yang berkaitan dengan siri dalam litar perlindungan terma mungkin menarik. Ini akan menjadi thermistors yang berbeza, kerana had suhu selamat untuk microcircuit dan untuk LED adalah berbeza. Tetapi hasilnya akan dicapai apa yang diperlukan - kawalan kecerahan licin ketika pemandu terlalu panas, dan ketika LED terlalu panas.