Problemet med overoppheting av lysdioder for lys og løsninger

Sammenlignet med raskt falming av lyskilder, har LED-kilder bare en, men en veldig alvorlig feil. Deres holdbarhet og pålitelighet avhenger i stor grad av effektiviteten til varmefjerning fra lysemitterende komponenter. Derfor er beskyttelseskretsen til LED fra overoppheting en viktig komponent i ethvert høykvalitets LED-belysningssystem.

den gjennomsnittlige belysning ledet ti ganger overlegen energieffektivitet (lønnsomhet) enn en tradisjonell lyspære med glødetråd. Imidlertid, hvis LED ikke er installert på en radiator med tilstrekkelig areal, vil den sannsynligvis feile raskt. Det er generelt akseptert, uten å gå nærmere inn på, at mer effektive lysdioder krever mer effektiv varmeavledning enn konvensjonelle.

La oss likevel undersøke problemet dypere. Vi vil evaluere to lamper: den første er halogen, den andre er LED. Og etter det - la oss ta hensyn til måtene å bevare lysdiodenes holdbarhet og forlenge førerenes levetid. Fakta er at den beskyttende delen av LED-belysningssystemet skal sikre sikker funksjon av både lysdioder og førerkretser.

For eksempel har vi to lys. Begge enhetene har 10 watt lysstyrke. Den eneste forskjellen er at en halogen spotlight krever 100 watt elektrisk kraft, og en LED bare 30 watt.

Vi vet at lysdioder er omtrent ti ganger mer effektive i det produserte lyset, men i virkeligheten er de ekstremt følsomme for høye temperaturer, og derfor er temperaturregimet der konvertering av elektrisk strøm til lys er veldig viktig for dem.

For en armatur med halogenlampe er arbeidstemperatur selv ved +400 ° C en sikker norm, mens for lysdioder er en krystalltemperatur på +115 ° C allerede kritisk farlig, og maksimumstemperaturen på diodesken er bare +90 ° C. Derfor må ikke LED-en få lov til å overopphetes, og det er flere årsaker til dette.

Med økende temperatur på den lysemitterende overgangen, synker lyseffektiviteten til LED, og ​​dette avhenger både av utformingen av LED og på miljøtilstanden. I tillegg er LEDs i prinsippet forskjellige i den negative temperaturkoeffisienten til det direkte spenningsfallet over krysset. Dette betyr at med en økning i overgangstemperaturen, reduseres det direkte spenningsfallet over det. Vanligvis varierer denne koeffisienten fra -3 til -6 mV / K.

Så ved 25 ° C er det direkte spenningsfallet over LED 3,3 V, og ved 75 ° C vil det allerede være 3 eller mindre volt. Og hvis LED-driveren ikke reduserer spenningen ved alle monterings-LED når temperaturen stiger, vil strømmen på et fint øyeblikk holdes utilstrekkelig høy, noe som vil føre til overoppheting, overbelastning, en ytterligere reduksjon i det direkte spenningsfallet og en enda raskere økning i krystalltemperaturen. Billige LED-lamper med resistiv strømbegrensning viser ofte denne ulempen i det mest uventede øyeblikk.

Toleranser for svingninger i spenningen i strømforsyningen i kombinasjon med forskjeller i direkte spenningsfall på LED (på produksjonsstadiet er ikke LEDene ideelt identiske for denne parameteren), og på grunn av den negative temperaturkoeffisienten for spenningsfall - når som helst kan disse faktorene sammen forårsake en sikkerhetskrenking modus for drift av LED og provosere et lysbilde til dens selvødeleggelse.

Hvis utformingen av LED-lampen (spesielt radiatoren) er pålitelig nok, kan naturligvis kortsiktige lysstyrkedråper forsømmes, siden de er veldig sjeldne og disse overopphetingene er kortsiktige. Men hvis overopphetingen er kontinuerlig, blir temperaturstigningen umiddelbart til en virkelig trussel mot lampen.

Årsakene til svikt i lysdioder når de overopphetes

Lysdioder blir ødelagt av overoppheting av flere årsaker. Den første grunnen er en endring i den mekaniske påkjenningen inne i den lysemitterende krystallen og den monolitiske LED-enheten. Det andre er et brudd på tetthet, fuktinntrenging og oksidasjon. Det beskyttende epoksylaget brytes ned, delaminering skjer ved grensene, og krystallkontaktene gjennomgår korrosjon.

For det tredje fører en økning i antall dislokasjoner i krystallen til en endring i strømbanene og utseendet til punkter med overskudd av strømtetthet og følgelig til overoppheting av disse punktene. Til slutt - fenomenet med diffusjon av metaller ved kontaktene ved høye temperaturer, noe som også til slutt fører til ubrukbarhet av LED.

LED-utviklere prøver sitt beste for å minimere disse feilfaktorene, og derfor forbedrer de hele tiden teknologisk produksjonsprosessen. Likevel, på grunn av overoppheting, er feil fortsatt uunngåelig, selv om de blir mindre vanlige med forbedring av produksjonsprosessen.

Mekanisk trykk er den vanligste årsaken til for tidlig svikt i lysdioder. Hovedpoenget er at ved overoppheting mykner tetningsmassen, de elektriske kontaktene og tilkoblingslederne blir forskjøvet fra “fabrikk” -posisjonen, og når temperaturen til slutt synker, foregår kjøling og tetningsmassen stivner igjen, men trykker samtidig på de allerede litt forskjøvede forbindelsene, som til slutt fører til et klart brudd på den opprinnelig ensartede konduktiviteten. Heldigvis er lysdioder laget uten tilkobling av ledere praktisk talt uten denne ulempen.

Loddede skjøter mellom LED og underlaget opplever også et lignende problem. Vanlig syklisk, usynlig for øyet, mykgjørende og herdende slutt med utseendet til sprekker i selgerne og brudd på den innledende kontakten. Derfor oppstår LED-feil på grunn av en åpen krets, og dette gapet er ofte ikke synlig. For å forhindre dette problemet kan du minimere forskjellen mellom den sikre driftstemperaturen til LED og omgivelsestemperaturen.

Kraftige lysdioder (bruker mer strøm) gir mer lys, men lyseffekten er fortsatt begrenset. Det er grunnen til at forbrukere og produsenter ofte har en farlig fristelse til å betjene LED-lampene i lampen på full kraft for å få maksimal lysstyrke. Men det er virkelig farlig hvis du ikke sørger for nok effektiv kjøling.

Selvfølgelig ønsker designere å lage elegante inventar med interessante former, men noen ganger glemmer de at det er nødvendig å sikre tilstrekkelig luftbevegelse og tilstrekkelig varmeavledning - dette er ofte det viktigste for lysdioder, etter en stabil kraftkilde av høy kvalitet.

Ja, og direkte installasjon av LED-lys er viktig. Hvis den ene lampen er installert over den andre som kraftig, kan luftstrømmen fra den nedre lampen bremses av den øvre, og den nedre vil derfor være i dårligere temperaturforhold. Eller for eksempel termisk isolasjon i veggen eller i taket i et rom kan forstyrre varmeavledningen, selv om alle de termiske beregningene under utformingen av armaturen ble utført perfekt og teknologisk ble gjort så riktig som mulig. Samtidig øker sannsynligheten for feil rett og slett på grunn av utslett og analfabet installasjon av det ferdige produktet.

En av de verdige løsningene på problemet med overoppheting av lysdioder er inkludering av temperaturbeskyttelse i førerkretsen med tilbakemelding nøyaktig av temperatur. Når temperaturen på radiatoren av en eller annen grunn farlig øket - for å senke effekten, for å opprettholde temperaturen innenfor det trygge området, reduseres strømmen automatisk.

Den enkleste løsningen er å legge til kretsen. positiv temperaturkoeffisient termistor (Det er mulig med en negativ temperaturkoeffisient, men da bør kretsløpet invertere signalet i tilbakemeldingskretsen).

Eksempel på termisk beskyttelse ved bruk av en termistor

Tenk for eksempel på en krets basert på en spesialisert mikrokontroller med en strømbegrensende krets. Når temperaturen stiger over en viss terskel (satt av en termistor og motstander), øker en termistor med en positiv motstandskoeffisient, montert på kjølelegemet sammen med lysdioder, dens motstand, noe som fører til en tilsvarende reduksjon i strømmen i driverens utgangskrets.

I denne forbindelse er førerkretser med lysstyrkekontroll veldig praktisk på prinsippet om PWM (pulsbreddemodulasjon), som lar deg justere lysstyrken samtidig og manuelt, og beskytte lysdiodene mot overoppheting.

En løsning med en termistor er praktisk ved at en endring i strøm, og dermed en reduksjon i lysstyrke, vil forekomme i et slikt skjema jevnt, usynlig for øynene og nervesystemet, noe som betyr at ingenting vil flimre og ikke vil forårsake irritasjon for mennesker og dyr rundt. Temperaturen på den øvre grensen bestemmes ganske enkelt av valget av en termistor og en motstand. Dette er mye bedre enn løsninger med termiske sensorer, som ganske enkelt åpner kretsen skarpt og venter til radiatoren kjøler seg ned, og deretter slår på belysningen igjen i full lysstyrke.

spesialisert LED driverbrikkerkoster selvfølgelig penger, men påliteligheten og holdbarheten til lampen oppnådd i retur vil gjentatte ganger betale for denne investeringen.

Det er verdt å huske at, med forbehold om de normale temperaturforholdene for lysdiodene, blir levetiden deres målt i titusenvis av timer, så forsvinner spørsmål angående materialkostnadene til den "riktige" driveren av seg selv.

Det er bare viktig å gi føreren en konstant lav temperatur, for dette trenger du ikke å plassere den i nærheten av lysdioden. Feil gjør de som prøver å tette plassering av komponenter inne i projektoren. Det er bedre å vise førerhuset som en egen enhet. Her er sikkerhet og forsiktighet nøkkelen til holdbarheten til lysdioder.

De beste mikrokretsene for strømstyring av LED er utstyrt med interne kretser for beskyttelse mot egen overoppheting i tilfelle mikrokretsen, av designmessige årsaker til armaturutvikleren, likevel skal være plassert i samme hus med merkbart varmekomponenter, for eksempel en radiator. Men det er bedre å ikke la mikrokretsen overopphetes over 70 ° C og utstyre den med sin egen radiator. Da vil både lysdiodene og driverens mikrokrets leve lenger.

En løsning som bruker to seriekoblede termistorer i en termisk beskyttelseskrets kan være interessant. Dette vil være forskjellige termistorer, siden de sikre temperaturgrensene for mikrokretsen og for lysdiodene er forskjellige. Men resultatet oppnås det som trengs - jevn lysstyringskontroll både når føreren overopphetes, og når lysdiodene overopphetes.