categorii: Articole prezentate » Surse de lumină
Număr de vizualizări: 3486
Comentarii la articol: 0

Problema supraîncălzirii LED-urilor și soluțiilor de iluminare

 

În comparație cu sursele de lumină care se estompează rapid, sursele cu LED-uri au doar una, dar un defect foarte grav. Durabilitatea și fiabilitatea lor depind în mare măsură de eficiența îndepărtării căldurii din componentele care emit lumină. Prin urmare, circuitul de protecție al LED-ului împotriva supraîncălzirii este o componentă importantă a oricărui sistem de iluminare LED de înaltă calitate.

media led de iluminat de zece ori mai mare în ceea ce privește eficiența energetică (rentabilitate) față de un bec tradițional cu un filament. Cu toate acestea, dacă LED-ul nu este instalat pe un radiator cu o suprafață suficientă, cel mai probabil va eșua rapid. În general, se acceptă, fără a intra în detalii, faptul că LED-urile de iluminare mai eficiente necesită disiparea căldurii mai eficientă decât cele convenționale.

Să examinăm totuși mai profund problema. Vom evalua două lămpi: prima este halogenă, a doua este LED. Și după aceea - să fim atenți la modalitățile de a păstra durabilitatea LED-urilor și de a prelungi durata de viață a șoferilor lor. Cert este că partea de protecție a sistemului de iluminare cu LED-uri ar trebui să asigure funcționarea în siguranță atât a LED-urilor, cât și a circuitelor șoferului.

De exemplu, avem două lumini. Ambele dispozitive furnizează o putere de 10 watt. Singura diferență este că un spot halogen necesită 100 de wați de energie electrică, iar un LED doar 30 de wați.

Știm că LED-urile sunt de aproximativ 10 ori mai eficiente în lumina produsă, dar, în realitate, sunt extrem de sensibile la temperaturi ridicate și, prin urmare, regimul de temperatură în care conversia energiei electrice a curentului în lumină este foarte importantă pentru ei.

Lampa LED de 30 Watt

Pentru un corp de iluminat cu lampă cu halogen, temperatura de lucru chiar și la +400 ° C este o normă sigură, în timp ce pentru LED-uri, temperatura cristalină de +115 ° C este deja periculoasă, iar temperatura maximă a carcasei diodei este de doar +90 ° C. Prin urmare, LED-ul nu trebuie lăsat să se supraîncălzească și există mai multe motive pentru aceasta.

Odată cu creșterea temperaturii tranziției care emite lumină, eficiența luminii a LED-urilor scade, iar acest lucru depinde atât de proiectarea LED-ului, cât și de starea mediului. În plus, LED-urile, în principiu, diferă în coeficientul de temperatură negativ al căderii de tensiune directă în joncțiune. Aceasta înseamnă că, odată cu creșterea temperaturii de tranziție, scăderea directă a tensiunii peste ea scade. De obicei, acest coeficient variază de la -3 la -6 mV / K.

Astfel, dacă la 25 ° C, căderea directă a tensiunii pe LED este de 3,3 V, atunci la 75 ° C vor fi deja 3 sau mai puțini volți. Și dacă driverul cu LED-uri nu reduce tensiunea la toate LED-urile de asamblare pe măsură ce temperatura crește, atunci la un moment fin curentul va fi menținut inadecvat ridicat, ceea ce va duce la supraîncălzire, supraîncărcare, o scădere suplimentară a căderii directe a tensiunii și o creștere și mai rapidă a temperaturii cristalului. Lămpile cu LED-uri ieftine, cu limitare a curentului rezistiv, prezintă adesea acest dezavantaj în momentul cel mai neașteptat.

Toleranțe pentru fluctuațiile tensiunii de alimentare în combinație cu diferențele de cădere directă a tensiunii pe LED (în stadiul de producție, LED-urile nu sunt ideal identice pentru acest parametru) și datorită coeficientului negativ de temperatură al căderii de tensiune - în orice moment, acești factori pot provoca o încălcare a siguranței modul de funcționare al LED-ului și provoacă un diapozitiv spre autodistrugerea acestuia.

Desigur, dacă proiectarea lămpii cu LED (în special a caloriferului) este suficient de fiabilă, atunci picăturile de luminozitate pe termen scurt pot fi neglijate, deoarece acestea sunt foarte rare și aceste supraîncălziri sunt pe termen scurt. Dar dacă supraîncălzirea este continuă, atunci creșterea temperaturii se transformă imediat într-o adevărată amenințare pentru lampă.

LED puternic pe calorifer

Motivele eșecului LED-urilor atunci când se supraîncălzesc

LED-urile sunt distruse prin supraîncălzire din mai multe motive. Primul motiv este schimbarea stresului mecanic din interiorul cristalului care emite lumină și ansamblul LED monolitic. Al doilea este o încălcare a etanșeității, a penetrării umidității și a oxidării. Stratul protector epoxidic se degradează, delaminarea are loc la granițe, iar contactele cristalului suferă coroziune.

În al treilea rând, o creștere a numărului de luxații din cristal duce la o schimbare a căilor curente și la apariția punctelor cu exces de densitate de curent și, în consecință, la supraîncălzirea acestor puncte. În cele din urmă - fenomenul de difuzie a metalelor la contactele la temperaturi ridicate, ceea ce duce, de asemenea, în cele din urmă la inoperabilitatea LED-ului.

Dezvoltatorii LED încearcă tot posibilul să reducă la minimum acești factori de defecțiune și, prin urmare, îmbunătățesc tehnologic procesul de producție. Cu toate acestea, din cauza supraîncălzirii, eșecurile sunt încă inevitabile, deși devin mai puțin obișnuite cu îmbunătățirea procesului de producție.

Incalzire cu LED

Presiunea mecanică este cea mai frecventă cauză de defectare prematură a LED-urilor. Concluzia este că, odată cu supraîncălzirea, materialul de etanșare se înmoaie, contactele electrice și conductoarele de conectare sunt deplasate din poziția „fabrică”, iar atunci când temperatura scade în sfârșit, are loc răcirea și etanșantul se solidifică din nou, dar în același timp apasă pe conexiunile deja ușor deplasate, care la final duce la o încălcare clară a conductivității inițial uniforme. Din fericire, LED-urile realizate fără a conecta conductoarele sunt practic lipsite de acest dezavantaj.

Îmbinările soldate între LED și substrat întâmpină, de asemenea, o problemă similară. Ciclic regulat, invizibil pentru ochi, care se înmoaie și se întărește cu apariția fisurilor în lipit și cu încălcarea contactului inițial. De aceea, defecțiunile LED apar din cauza unui circuit deschis, iar acest decalaj adesea nu este vizibil. Pentru a preveni această problemă, puteți reduce la minimum diferența dintre temperatura de funcționare sigură a LED-ului și temperatura ambiantă.

LED-urile puternice (care consumă mai multă energie electrică) oferă mai multă lumină, dar puterea lor de lumină este încă limitată. De aceea, consumatorii și producătorii au adesea o tentație periculoasă de a acționa LED-urile din lampă la putere maximă pentru a obține luminozitatea maximă posibilă. Dar este într-adevăr periculos dacă nu oferiți suficientă răcire eficientă.

Desigur, designerii doresc să creeze corpuri elegante de forme interesante, dar uneori uită că este necesar să se asigure o mișcare adecvată a aerului și o disipare adecvată a căldurii - acesta este adesea cel mai important lucru pentru LED-uri, în urma unei surse de energie stabile și de înaltă calitate.

Da, și instalarea directă a luminilor LED este importantă. Dacă o lampă este instalată deasupra celeilalte ca fiind puternică, atunci fluxul de aer de la lampa inferioară poate fi încetinit de partea superioară, iar cea inferioară va fi, așadar, în condiții de temperatură mai proaste. Sau, de exemplu, izolarea termică în perete sau pe tavanul unei încăperi poate interfera cu disiparea căldurii, chiar dacă în timpul proiectării lămpii toate calculele termice s-au efectuat perfect și tehnologic a fost făcută cât mai corect posibil. La fel, probabilitatea eșecului crește pur și simplu datorită instalării erupții și analfabetului produsului finit.

Una dintre soluțiile demne ale problemei supraîncălzirii LED-urilor este includerea protecției de temperatură în circuitul șoferului cu feedback exact prin temperatură. Când temperatura radiatorului din anumite motive a crescut periculos - pentru a scădea puterea, pentru a menține temperatura în intervalul sigur, curentul scade automat.

Cea mai simplă soluție este să adăugați la schemă. termistor cu coeficient de temperatură pozitiv (Este posibil cu un coeficient de temperatură negativ, dar circuitul ar trebui să inverseze semnalul în circuitul de feedback).


Exemplu de protecție termică folosind un termistor

De exemplu, luați în considerare un circuit bazat pe un microcontroler specializat cu un circuit de limitare a curentului. Când temperatura crește peste un anumit prag (setat de un termistor și rezistențe), un termistor cu coeficient de rezistență pozitivă, montat pe radiator împreună cu leduri, își mărește rezistența, ceea ce duce la o scădere corespunzătoare a curentului în circuitul de ieșire al șoferului.

În acest sens, circuitele șoferului cu control al luminozității sunt foarte convenabile pe principiul PWM (modularea lățimii pulsului), care vă permite să reglați simultan și manual luminozitatea și să protejați LED-urile de supraîncălzire.

Exemplu de protecție termică folosind un termistor

O soluție cu un termistor este convenabilă prin faptul că o schimbare a curentului și, prin urmare, o scădere a luminozității, va avea loc într-o astfel de schemă lin, invizibil pentru ochi și sistemul nervos, ceea ce înseamnă că nimic nu va pâlpâi și nu va provoca iritarea oamenilor și animalelor din jur. Temperatura limitei superioare este pur și simplu determinată de alegerea unui termistor și a unui rezistor. Acest lucru este mult mai bun decât soluțiile cu senzori de temperatură, care pur și simplu deschid brusc circuitul și așteaptă până când radiatorul se răcește, apoi pornește din nou iluminatul la luminozitate maximă.

specializate Cipuri de driver LEDDesigur, costă bani, dar fiabilitatea și durabilitatea lămpii obținute în schimb vor plăti în mod repetat pentru această investiție.

Merită să ne amintim că, sub rezerva condițiilor normale de temperatură de funcționare a LED-urilor, durata lor de funcționare este măsurată în zeci de mii de ore, apoi întrebările referitoare la costurile materiale ale șoferului „corect” dispar de la sine.

Este important să oferiți șoferului o temperatură constantă scăzută, pentru asta pur și simplu nu trebuie să-l așezați aproape de caloriferul LED-urilor. Efectuarea greșită a celor care se străduiesc să sigileze plasarea componentelor în interiorul proiectorului. Este mai bine să afișați carcasa șoferului ca unitate separată. Aici, siguranța și prudența sunt cheia durabilității LED-urilor.

Cele mai bune microcircuite pentru gestionarea puterii LED-urilor sunt echipate cu circuite interne pentru protecția împotriva supraîncălzirii proprii în cazul în care microcircuitul, din motive de proiectare a dezvoltatorului de corpuri de iluminat, ar trebui să fie totuși amplasat în aceeași carcasă cu componente vizibile de încălzire, cum ar fi un radiator. Dar este mai bine să nu permiteți supraîncălzirea microcircuitului peste 70 ° C și să-l dotați cu radiatorul propriu. Atunci atât LED-urile, cât și microcircuitul șoferului vor trăi mai mult.

Dependența curentului LED de temperatura radiatorului

O soluție care folosește două termistoare conectate în serie într-un circuit de protecție termică poate fi interesantă. Aceștia vor fi termistori diferiți, deoarece limitele de temperatură sigure pentru microcircuit și pentru LED-uri sunt diferite. Însă rezultatul va fi obținut ceea ce este necesar - controlul clar al luminozității atât atunci când șoferul se supraîncălzește, cât și când ledurile se supraîncălzesc.

Consultați și la i.electricianexp.com:

  • Ce este degradarea LED?
  • Cum să alegeți driverul potrivit pentru LED-uri
  • Cum să alegeți o sursă de alimentare pentru LED-uri
  • Care este diferența dintre o sursă de alimentare și un driver pentru LED-uri: teorie și practică, ...
  • Avantajele iluminării cu LED

  •