Het probleem van oververhitting van LED's en oplossingen voor verlichting

In vergelijking met snel vervagende lichtbronnen hebben LED-bronnen slechts één, maar een zeer ernstige fout. Hun duurzaamheid en betrouwbaarheid hangen grotendeels af van de efficiëntie van warmteafvoer van lichtgevende componenten. Daarom is het beveiligingscircuit van de LED tegen oververhitting een belangrijk onderdeel van elk hoogwaardig LED-verlichtingssysteem.

de gemiddelde verlichting geleid tien keer superieur in energie-efficiëntie (winstgevendheid) dan een traditionele gloeilamp met een gloeidraad. Als de LED echter niet op een radiator met voldoende ruimte wordt geïnstalleerd, zal deze waarschijnlijk snel falen. Het is algemeen aanvaard, zonder in details te treden, dat efficiëntere verlichtingsleds efficiëntere warmteafvoer nodig hebben dan conventionele.

Laten we het probleem niettemin dieper onderzoeken. We zullen twee lampen evalueren: de eerste is halogeen, de tweede is LED. En daarna - laten we aandacht besteden aan de manieren om de duurzaamheid van LED's te behouden en de levensduur van hun drivers te verlengen. Feit is dat het beschermende deel van het LED-verlichtingssysteem moet zorgen voor een veilige werking van zowel LED's als stuurcircuits.

We hebben bijvoorbeeld twee lichten. Beide apparaten leveren 10 watt lichtvermogen. Het enige verschil is dat een halogeenspot 100 watt elektrisch vermogen vereist en een LED slechts 30 watt.

We weten dat LED's ongeveer 10 keer effectiever zijn in het geproduceerde licht, maar in werkelijkheid zijn ze extreem gevoelig voor hoge temperaturen, en daarom is het temperatuurregime waarin de omzetting van elektrische stroomenergie in licht voor hen erg belangrijk is.

Voor een armatuur met een halogeenlamp is een werktemperatuur zelfs bij +400 ° C een veilige norm, terwijl voor LED's een kristaltemperatuur van +115 ° C al kritisch gevaarlijk is en de maximale temperatuur van de diodekast slechts +90 ° C is. Daarom mag de LED niet oververhit raken, en hier zijn verschillende redenen voor.

Met toenemende temperatuur van de lichtemitterende overgang neemt de lichtefficiëntie van de LED af, en dit hangt zowel af van het ontwerp van de LED als van de toestand van de omgeving. Bovendien verschillen LED's in principe in de negatieve temperatuurcoëfficiënt van de directe spanningsval over de kruising. Dit betekent dat bij een toename van de overgangstemperatuur de directe spanningsval erover afneemt. Gewoonlijk varieert deze coëfficiënt van -3 tot -6 mV / K.

Dus als bij 25 ° C de directe spanningsval over de LED 3,3 V is, dan is deze bij 75 ° C al 3 of minder volt. En als de LED-driver niet de spanning bij alle assemblage-LED's verlaagt naarmate de temperatuur stijgt, wordt de stroom op een mooi moment onvoldoende hoog gehouden, wat zal leiden tot oververhitting, overbelasting, een verdere afname van de directe spanningsval en een nog snellere toename van de kristaltemperatuur. Goedkope LED-lampen met resistieve stroombegrenzing vertonen dit nadeel vaak op het meest onverwachte moment.

Toleranties voor schommelingen in de spanning van de voeding in combinatie met verschillen in directe spanningsval op de LED (in de productiefase zijn de LED's niet ideaal identiek voor deze parameter), en vanwege de negatieve temperatuurcoëfficiënt van spanningsval - deze factoren kunnen op elk moment een veiligheidsschending veroorzaken LED-modus en provoceren rollen naar zijn zelfvernietiging.

Natuurlijk, als het ontwerp van de LED-lamp (vooral de radiator) betrouwbaar genoeg is, kunnen helderheidsdalingen op korte termijn worden verwaarloosd, omdat ze zeer zeldzaam zijn en deze oververhittingen op korte termijn zijn. Maar als de oververhitting continu is, wordt de temperatuurstijging onmiddellijk een echte bedreiging voor de lamp.

De redenen voor het falen van LED's wanneer ze oververhit raken

LED's worden om verschillende redenen vernietigd door oververhitting. De eerste reden is een verandering in de mechanische spanning in het lichtemitterende kristal en het monolithische LED-samenstel. De tweede is een schending van dichtheid, vochtpenetratie en oxidatie. De beschermende epoxylaag wordt afgebroken, delaminatie vindt plaats bij de grenzen en de kristalcontacten ondergaan corrosie.

Ten derde leidt een toename van het aantal dislocaties in het kristal tot een verandering in de stroompaden en het verschijnen van punten met een overmatige stroomdichtheid en bijgevolg tot oververhitting van deze punten. Ten slotte - het fenomeen diffusie van metalen bij de contacten bij verhoogde temperaturen, wat uiteindelijk ook leidt tot onbruikbaarheid van de LED.

LED-ontwikkelaars doen hun best om deze faalfactoren te minimaliseren en verbeteren daarom voortdurend het productieproces. Niettemin zijn storingen nog steeds onvermijdelijk vanwege oververhitting, hoewel ze minder vaak voorkomen bij de verbetering van het productieproces.

Mechanische druk is de meest voorkomende oorzaak van voortijdige uitval van LED's. Het komt erop neer dat bij oververhitting het afdichtmiddel verzacht, de elektrische contacten en verbindingsgeleiders worden verplaatst vanuit de "fabrieks" -positie, en wanneer de temperatuur eindelijk daalt, vindt koeling plaats en wordt het afdichtmiddel weer vast, maar drukt tegelijkertijd op de reeds licht verplaatste verbindingen, die uiteindelijk leidt tot een duidelijke overtreding van de aanvankelijk uniforme geleidbaarheid. Gelukkig zijn LED's gemaakt zonder verbindingsgeleiders praktisch verstoken van dit nadeel.

Gesoldeerde verbindingen tussen de LED en het substraat ondervinden ook een soortgelijk probleem. Regelmatig cyclisch, onzichtbaar voor het oog, verzachten en harden eindigen met het verschijnen van scheuren in de soldeer en de schending van het eerste contact. Dat is de reden waarom LED-storingen optreden als gevolg van een open circuit en deze opening is vaak niet zichtbaar. Om dit probleem te voorkomen, kunt u het verschil tussen de veilige bedrijfstemperatuur van de LED en de omgevingstemperatuur minimaliseren.

Krachtige LED's (die meer elektrisch vermogen verbruiken) geven meer licht, maar hun lichtopbrengst is nog steeds beperkt. Dat is de reden waarom consumenten en fabrikanten vaak de verleiding hebben om de LED's in de lamp op vol vermogen te laten werken om de maximaal mogelijke helderheid te krijgen. Maar het is echt gevaarlijk als u niet voor voldoende effectieve koeling zorgt.

Natuurlijk willen ontwerpers elegante armaturen met interessante vormen maken, maar soms vergeten ze dat het nodig is om voor voldoende luchtbeweging en voldoende warmteafvoer te zorgen - dit is vaak het belangrijkste voor LED's, na een stabiele en hoogwaardige stroombron.

Ja, en de directe installatie van LED-verlichting is belangrijk. Als een lamp boven de andere als krachtig wordt geïnstalleerd, kan de luchtstroom van de onderste lamp worden vertraagd door de bovenste, en de onderste zal daarom in slechtere temperatuuromstandigheden verkeren. Of, bijvoorbeeld, thermische isolatie in de muur of op het plafond van een kamer kan de warmteafvoer verstoren, zelfs als tijdens het ontwerp van de lamp alle thermische berekeningen perfect en technologisch werden uitgevoerd, werd deze zo correct mogelijk gemaakt. Desondanks neemt de kans op falen alleen maar toe door uitslag en analfabete installatie van het eindproduct.

Een van de waardige oplossingen voor het probleem van oververhitting van LED's is het opnemen van temperatuurbescherming in het stuurcircuit met feedback precies op basis van temperatuur. Wanneer de temperatuur van de zender om welke reden dan ook gevaarlijk is gestegen - om het vermogen te verlagen, om de temperatuur binnen het veilige bereik te houden, neemt de stroom automatisch af.

De eenvoudigste oplossing is om aan het circuit toe te voegen. positieve temperatuurcoëfficiënt thermistor (Het is mogelijk met een negatieve temperatuurcoëfficiënt, maar dan moet het circuit het signaal in het feedbackcircuit omkeren).

Voorbeeld van thermische beveiliging met behulp van een thermistor

Overweeg bijvoorbeeld een circuit op basis van een gespecialiseerde microcontroller met een stroombeperkend circuit. Wanneer de temperatuur boven een bepaalde drempel stijgt (ingesteld door een thermistor en weerstanden), verhoogt een thermistor met een positieve weerstandscoëfficiënt, gemonteerd op het koellichaam samen met LED's, zijn weerstand, wat leidt tot een overeenkomstige afname in stroom in het uitgangscircuit van de driver.

In dit opzicht zijn stuurcircuits met helderheidsregeling erg handig op het principe van PWM (pulsbreedtemodulatie), waarmee u de helderheid gelijktijdig en handmatig kunt aanpassen en de LED's kunt beschermen tegen oververhitting.

Een oplossing met een thermistor is handig omdat een verandering in stroom en dus een afname in helderheid soepel, onzichtbaar voor de ogen en het zenuwstelsel in een dergelijk schema zal optreden, wat betekent dat niets zal flikkeren en geen irritatie zal veroorzaken aan mensen en dieren in de buurt. De temperatuur van de bovengrens wordt eenvoudig bepaald door de keuze van een thermistor en een weerstand. Dit is veel beter dan oplossingen met temperatuursensoren, die gewoon het circuit scherp openen en wachten tot de radiator is afgekoeld en vervolgens de verlichting weer op volle helderheid inschakelen.

gespecialiseerde LED driverchipskost natuurlijk geld, maar de betrouwbaarheid en duurzaamheid van de in ruil daarvoor verkregen lamp zullen deze investering herhaaldelijk betalen.

Het is de moeite waard eraan te denken dat, afhankelijk van de normale temperatuuromstandigheden van de LED's, hun levensduur wordt gemeten in tienduizenden uren, waarna vragen over de materiaalkosten van de 'juiste' driver vanzelf verdwijnen.

Het is alleen belangrijk om de bestuurder van een constante lage temperatuur te voorzien, hiervoor hoeft u deze niet dicht bij de radiator van de LED's te plaatsen. Verkeerde mensen die ernaar streven de plaatsing van componenten in de projector af te dichten. Het is beter om de bestuurdersbehuizing als een afzonderlijke eenheid weer te geven. Hier zijn veiligheid en behoedzaamheid de sleutel tot de duurzaamheid van LED's.

De beste microschakelingen voor energiebeheer van LED's zijn uitgerust met interne circuits voor bescherming tegen hun eigen oververhitting in het geval dat de microschakeling, om redenen van ontwerp van de lampontwerper, toch in een behuizing met merkbaar verwarmende componenten, zoals een radiator, moet worden geplaatst. Maar het is beter om de microcircuit niet te laten oververhitten boven 70 ° C en hem uit te rusten met een eigen radiator. Dan zullen zowel de LED's als de driver-microcircuit langer leven.

Een oplossing met twee in serie geschakelde thermistoren in een thermisch beveiligingscircuit kan interessant zijn. Dit zullen verschillende thermistors zijn, omdat de veilige temperatuurlimieten voor de microcircuit en voor de LED's verschillend zijn. Maar het resultaat wordt bereikt wat nodig is - soepele helderheidsregeling zowel wanneer de driver oververhit raakt als wanneer de LED's oververhit raken.