Problemet med overophedning af lysdioder til belysning og løsninger

Sammenlignet med hurtigt falmende lyskilder, har LED-kilder kun en, men en meget alvorlig fejl. Deres holdbarhed og pålidelighed afhænger stort set af effektiviteten af ​​fjernelse af varme fra lysemitterende komponenter. Derfor er LED's beskyttelseskredsløb mod overophedning en vigtig komponent i ethvert højkvalitets LED-belysningssystem.

den gennemsnitlige belysning led ti gange bedre i energieffektivitet (rentabilitet) i forhold til en traditionel pære med et glødetråd. Hvis LED'en ikke er installeret på en radiator med tilstrækkeligt areal, vil den sandsynligvis mislykkes. Det accepteres generelt, uden at gå nærmere ind på, at mere effektive lys-LED'er har brug for mere effektiv varmeafledning end konventionelle.

Lad os ikke desto mindre undersøge problemet mere dybt. Vi vil evaluere to lamper: den første er halogen, den anden er LED. Og derefter - lad os være opmærksomme på måderne til at bevare lysdiodernes holdbarhed og forlænge deres chauffers levetid. Faktum er, at den beskyttende del af LED-belysningssystemet skal sikre sikker drift af både LED'er og førerkredse.

For eksempel har vi to lys. Begge enheder har 10 watt lysstyrke. Den eneste forskel er, at en halogen spotlight kræver 100 watt elektrisk strøm, og en LED kun 30 watt.

Vi ved, at LED'er er cirka 10 gange mere effektive i det producerede lys, men i virkeligheden er de ekstremt følsomme over for høje temperaturer, og derfor er temperaturregimet, hvor konvertering af elektrisk strøm til lys er meget vigtig for dem.

For en armatur med en halogenlampe er en arbejdstemperatur selv ved +400 ° C en sikker norm, mens en LED-temperatur er en krystalltemperatur på +115 ° C allerede kritisk farlig, og den maksimale temperatur på diodesåsen er kun +90 ° C. Derfor må LED'en ikke have lov til at overophedes, og der er flere grunde til dette.

Med stigende temperatur i den lysemitterende overgang formindskes lyseffektiviteten af ​​LED, og ​​dette afhænger både af designet til LED'en og af miljøtilstanden. Derudover adskiller LED i princippet sig i den negative temperaturkoefficient for det direkte spændingsfald over krydset. Dette betyder, at med en stigning i overgangstemperaturen falder det direkte spændingsfald over det. Denne koefficient varierer typisk fra -3 til -6 mV / K.

Så hvis ved 25 ° C er det direkte spændingsfald over LED 3,3 V, så vil det ved 75 ° C allerede være 3 eller mindre volt. Og hvis LED-driveren ikke reducerer spændingen ved alle monterings-LED'er, når temperaturen stiger, vil strømmen på et fint tidspunkt opretholdes utilstrækkelig høj, hvilket vil føre til overophedning, overbelastning, et yderligere fald i det direkte spændingsfald og en endnu hurtigere stigning i krystalltemperaturen. Billige LED-lamper med resistiv strømbegrænsning viser ofte denne ulempe i det mest uventede øjeblik.

Tolerancer for udsving i spændingen i strømforsyningen i kombination med forskelle i direkte spændingsfald på lysdioden (på produktionsstadiet er lysdioderne ikke ideelt identiske for denne parameter), og på grund af den negative temperaturkoefficient for spændingsfald - når som helst kan disse faktorer sammen forårsage en sikkerhedsovertrædelse tilstand af LED-betjening og provokere et objektglas til dets selvdestruktion.

Hvis designen af ​​LED-lampen (især radiatoren) er pålidelig nok, kan naturligvis kortsigtede lysstyrke falder bort fra, da de er meget sjældne, og disse overophedninger er kortsigtede. Men hvis overophedningen er kontinuerlig, bliver temperaturstigningen straks til en reel trussel mod lampen.

Årsagerne til LED's fiasko, når de overophedes

LED'er ødelægges af overophedning af flere årsager. Den første grund er en ændring i den mekaniske belastning inde i den lysemitterende krystal og den monolitiske LED-enhed. Den anden er en krænkelse af tæthed, fugtindtrængning og oxidation. Det beskyttende epoxylag nedbrydes, delaminering forekommer ved grænserne, og krystalkontakterne gennemgår korrosion.

For det tredje fører en stigning i antallet af dislokationer i krystallen til en ændring i de aktuelle baner og udseendet af punkter med overskydende strømtæthed og følgelig til overophedning af disse punkter. Endelig - fænomenet med diffusion af metaller ved kontakterne ved forhøjede temperaturer, hvilket også i sidste ende fører til LED-funktionen.

LED-udviklere prøver deres bedste for at minimere disse fejlfaktorer, og derfor forbedrer de hele tiden teknologisk produktionsprocessen. Ikke desto mindre, på grund af overophedning, er fejl stadig uundgåelige, selvom de bliver mindre almindelige med forbedring af produktionsprocessen.

Mekanisk tryk er den mest almindelige årsag til for tidligt svigt af LED'er. Bundlinjen er, at med overophedning blødgør tætningsmidlet, de elektriske kontakter og forbindelsesledere forskydes fra “fabrik” -positionen, og når temperaturen endelig falder, finder køling sted, og fugemassen stivner igen, men presser samtidig på de allerede let forskudte forbindelser, som til sidst fører til en klar krænkelse af den oprindeligt ensartede konduktivitet. Heldigvis er lysdioder, der er lavet uden tilslutning af ledere praktisk taget uden denne ulempe.

Loddede samlinger mellem LED og underlaget oplever også et lignende problem. Regelmæssig cyklisk, usynlig for øjet, blødgørende og hærdende ende med udseendet af revner i sælgerne og krænkelse af den indledende kontakt. Derfor opstår LED-fejl på grund af et åbent kredsløb, og dette hul er ofte ikke synligt. For at forhindre dette problem kan du minimere forskellen mellem LED'ets sikre driftstemperatur og omgivelsestemperaturen.

Kraftige LED'er (bruger mere elektrisk strøm) giver mere lys, men deres lysudgang er stadig begrænset. Derfor har forbrugere og producenter ofte en farlig fristelse til at betjene lysdioderne i lampen ved fuld effekt for at få den maksimale lysstyrke. Men det er virkelig farligt, hvis du ikke leverer tilstrækkelig effektiv køling.

Naturligvis ønsker designere at skabe elegante inventar af interessante figurer, men nogle gange glemmer de, at det er nødvendigt at sikre tilstrækkelig luftbevægelse og tilstrækkelig varmeafledning - dette er ofte den vigtigste ting for LED'er efter en stabil strømkilde i høj kvalitet.

Ja, og den direkte installation af LED-lys er vigtig. Hvis den ene lampe er installeret over den anden som kraftig, kan luftstrømmen fra den nedre lampe bremses af den øverste, og den nedre vil derfor være under dårligere temperaturforhold. Eller for eksempel kan termisk isolering i væggen eller i loftet i et rum forstyrre varmeafledningen, selvom alle de termiske beregninger under lampens design blev udført perfekt og teknologisk blev foretaget så korrekt som muligt. Alligevel øges sandsynligheden for fiasko simpelthen på grund af udslæt og analfabet installation af det færdige produkt.

En af de værdige løsninger på problemet med overophedning af LED'er er inkluderingen af ​​temperaturbeskyttelse i førerkredsløbet med feedback nøjagtigt af temperaturen. Når temperaturen på radiatoren af ​​en eller anden grund farligt øges - for at sænke effekten, for at opretholde temperaturen inden for det sikre område, falder strømmen automatisk.

Den enkleste løsning er at tilføje skemaet. positiv temperaturkoefficient termistor (Det er muligt med en negativ temperaturkoefficient, men derefter skal kredsløbet invertere signalet i feedbackkredsløbet).

Eksempel på termisk beskyttelse ved hjælp af en termistor

Overvej for eksempel et kredsløb baseret på en specialiseret mikrocontroller med et strømbegrænsende kredsløb. Når temperaturen stiger over en bestemt tærskel (indstillet af en termistor og modstande), øger en termistor med en positiv modstandskoefficient, monteret på køleren sammen med lysdioder, dens modstand, hvilket fører til et tilsvarende fald i strømmen i driverens udgangskredsløb.

I denne henseende er førerkredse med lysstyringskontrol meget praktisk på princippet om PWM (pulsbreddemodulering), som giver dig mulighed for at justere lysstyrken samtidigt og manuelt og beskytte lysdioderne mod overophedning.

En løsning med en termistor er praktisk, idet en ændring i strømmen og dermed et fald i lysstyrken vil forekomme i et sådant skema glat, usynligt for øjnene og nervesystemet, hvilket betyder, at intet vil flimre og ikke vil forårsage irritation for mennesker og dyr omkring. Temperaturen på den øvre grænse bestemmes simpelthen af ​​valget af en termistor og en modstand. Dette er meget bedre end løsninger med temperatursensorer, som simpelthen skarpt åbner kredsløbet og venter til radiatoren er kølet af og derefter tænder belysningen igen i fuld lysstyrke.

specialiseret LED driverchipskoster naturligvis penge, men pålideligheden og holdbarheden af ​​den lampe, der opnås til gengæld, vil gentagne gange betale for denne investering.

Det er værd at huske, at afhængigt af de normale temperaturbetingelser for LED'ernes drift, måles deres levetid i titusinder af timer, hvorefter spørgsmål om materialeromkostningerne til den "korrekte" driver forsvinder af sig selv.

Det er kun vigtigt at give føreren en konstant lav temperatur, for dette behøver du bare ikke at placere den tæt på lysdioden. Forkert gør dem, der bestræber sig på at forsegle placeringen af ​​komponenter inde i projektoren. Det er bedre at vise førerhuset som en separat enhed. Her er sikkerhed og forsigtighed nøglen til lysdiodernes holdbarhed.

De bedste mikrokredsløb til strømstyring af LED'er er udstyret med interne kredsløb til beskyttelse mod deres egen overophedning, hvis mikrokredsløbet af lampeudviklerens design ikke desto mindre skulle være placeret i et hus med mærkbart opvarmningskomponenter, såsom en radiator. Men det er bedre ikke at tillade, at mikrokredsløbet overophedes over 70 ° C og udstyrer det med sin egen radiator. Derefter lever både lysdioderne og driverens mikrokredsløb længere.

En løsning ved hjælp af to seriekoblede termistorer i et termisk beskyttelseskredsløb kan være interessant. Disse vil være forskellige termistorer, da de sikre temperaturgrænser for mikrokredsløbet og for lysdioderne er forskellige. Men resultatet opnås, hvad der er nødvendigt - jævn lysstyringskontrol både når føreren overophedes, og når lysdioderne overophedes.