Valaisimien LEDien ylikuumenemisen ongelma ja ratkaisut

Verrattuna nopeasti häipyviin valonlähteisiin, LED-lähteillä on vain yksi, mutta erittäin vakava virhe. Niiden kestävyys ja luotettavuus riippuvat suuresti valoa säteilevien komponenttien lämmönpoiston tehokkuudesta. Siksi LEDin suojapiiri ylikuumenemiselta on tärkeä osa mitä tahansa korkealaatuista LED-valaistusjärjestelmää.

keskimääräinen valaistus led kymmenen kertaa energiatehokkuudessa (kannattavuudessa) parempi kuin perinteinen hehkulamppu. Kuitenkin, jos LEDiä ei ole asennettu riittävän alueen jäähdyttimeen, se todennäköisesti epäonnistuu nopeasti. On yleisesti hyväksyttyä, syventämättä yksityiskohtia, että tehokkaammat valaistus ledit vaativat tehokkaampaa lämmönpoistoa kuin perinteiset.

Tarkastelkaamme tätä kuitenkin syvemmin. Arvioimme kahta lamppua: ensimmäinen on halogeeni, toinen on LED. Ja sen jälkeen - kiinnitetään huomiota tapoihin säilyttää ledien kestävyys ja pidentää niiden kuljettajien ikää. Tosiasia, että LED-valaistusjärjestelmän suojaosan on varmistettava sekä LEDien että kuljettajapiirien turvallinen toiminta.

Esimerkiksi, meillä on kaksi valoa. Molemmat laitteet tuottavat 10 wattia valotehoa. Ainoa ero on, että halogeenikohdistusvalaisin vaatii 100 wattia sähkötehoa ja LED vain 30 wattia.

Tiedämme, että LEDit ovat noin 10 kertaa tehokkaammat tuotettavassa valossa, mutta todellisuudessa ne ovat erittäin herkkiä korkeille lämpötiloille, ja siksi lämpötila, jossa sähkövirran energia muunnetaan valoon, on heille erittäin tärkeä.

Halogeenilampulla varustetussa valaisimessa työskentelylämpötila jopa +400 ° C: ssa on turvallinen normi, kun taas ledien kohdalla +115 ° C: n kidelämpötila on jo kriittisesti vaarallinen, ja diodikotelon maksimilämpötila on vain +90 ° C. Siksi ledin ei saa antaa ylikuumentua, ja siihen on useita syitä.

Valoa säteilevän muutoksen lämpötilan noustessa LEDin valotehokkuus laskee, ja tämä riippuu sekä LEDin suunnittelusta että ympäristön tilasta. Lisäksi LEDit eroavat periaatteessa suoraa jännitteen pudotuksen negatiivisesta lämpötilakerroimesta risteyksen yli. Tämä tarkoittaa, että siirtymälämpötilan noustessa suora jännitteen pudotus sen yli vähenee. Tyypillisesti tämä kerroin vaihtelee välillä -3 - -6 mV / K.

Siten, jos lämpötilassa 25 ° C suora jännitteen pudotus LEDin yli on 3,3 V, niin 75 ° C: ssa se on jo 3 volttia tai vähemmän. Ja jos LED-ohjain ei vähennä jännitettä kaikissa kokoonpanon merkkivaloissa lämpötilan noustessa, niin virta ylläpidetään yhtenä hienona hetkenä riittämättömästi korkeana, mikä johtaa ylikuumenemiseen, ylikuormitukseen, suoran jännitteen pudotuksen pienenemiseen edelleen ja kiteen lämpötilan nopeampaan nousuun. Halvat LED-lamput, joissa on resistiivinen virranrajoitus, osoittavat usein tämän haitan odottamattomissa hetkissä.

Virtalähteen jännitteen heilahtelujen toleranssit yhdessä LEDin suorien jännitehäviöiden erojen kanssa (tuotantovaiheessa LEDit eivät ole ihanteellisia tässä parametrissa) ja jännitteen pudotuksen negatiivisen lämpötilakerroimen takia - nämä tekijät yhdessä voivat milloin tahansa aiheuttaa turvallisuusrikkomuksia LED-laitteen toimintatapa ja aiheuttaa dio itsensä tuhoamiseen.

Tietenkin, jos LED-lampun (erityisesti jäähdyttimen) suunnittelu on riittävän luotettava, lyhytaikaiset kirkkauden pudotukset voidaan tietysti unohtaa, koska ne ovat hyvin harvinaisia ​​ja nämä ylikuumenemiset ovat lyhytaikaisia. Mutta jos ylikuumeneminen on jatkuvaa, lämpötilan noususta tulee heti todellinen uhka lampulle.

Syyt LEDien vioittumiseen, kun ne ylikuumenevat

LEDit tuhoutuvat ylikuumenemisesta useista syistä. Ensimmäinen syy on muutos mekaanisessa rasituksessa valoa lähettävän kiteen ja monoliittisen LED-kokoonpanon sisällä. Toinen on tiiviyden, kosteuden tunkeutumisen ja hapettumisen rikkomus. Suojaava epoksikerros hajoaa, rajoilla tapahtuu delaminoitumista ja kidekoskettimet käyvät läpi korroosion.

Kolmanneksi, kidessä olevien dislokaatioiden lukumäärän kasvu johtaa muutokseen virran reiteissä ja ylimääräisen virrantiheyden pisteiden ulkonäössä ja tästä johtuen näiden pisteiden ylikuumenemiseen. Lopuksi - metallien diffuusiotapahtuma koskettimissa korotetuissa lämpötiloissa, mikä johtaa lopulta myös LED-laitteen toimimattomuuteen.

LED-kehittäjät yrittävät parhaansa minimoida nämä vikatekijät, ja siksi he parantavat jatkuvasti tuotantoprosessia. Ylikuumenemisen takia viat ovat kuitenkin edelleen väistämättömiä, vaikka niistä tulee vähemmän yleisiä tuotantoprosessin parantuessa.

Mekaaninen paine on yleisin syy LEDien ennenaikaiseen vioittumiseen. Tärkeintä on, että ylikuumenemisen yhteydessä tiivisteaine pehmenee, sähkökoskettimet ja kytkentäjohtimet siirtyvät “tehdasasennosta”, ja kun lämpötila lopulta laskee, jäähdytys tapahtuu ja tiivisteaine jähmettyy uudelleen, mutta samalla painaa jo jo vähän siirrettyjä liitoksia, jotka lopulta johtaa alun perin tasaisen johtavuuden selkeään rikkomiseen. Onneksi LEDeissä, jotka on valmistettu ilman kytkentäjohtimia, ei käytännössä ole tätä haittaa.

LED-levyn ja substraatin välisissä juotosliitoksissa on myös samanlainen ongelma. Säännöllinen syklinen, silmälle näkymätön, pehmeneminen ja kovettuminen loppuu juomien halkeamien esiintymiseen ja alkuperäisen kosketuksen rikkomiseen. Siksi LED-viat ilmenevät avoimen piirin takia, ja tämä aukko ei usein ole näkyvissä. Tämän ongelman estämiseksi voit minimoida merkkivalon turvallisen käyttölämpötilan ja ympäristön lämpötilan erot.

Tehokkaat LEDit (kuluttavat enemmän sähköä) antavat enemmän valoa, mutta niiden valoteho on silti rajallinen. Siksi kuluttajilla ja valmistajilla on usein vaarallinen houkutus käyttää lampun LEDiä täydellä teholla maksimaalisen mahdollisen kirkkauden saavuttamiseksi. Mutta se on todella vaarallista, jos et tarjoa tarpeeksi tehokasta jäähdytystä.

Suunnittelijat haluavat tietysti luoda tyylikkäitä kiinnostavia muotoja, mutta toisinaan he unohtavat, että on välttämätöntä varmistaa riittävä ilmanvaihto ja riittävä lämmönpoisto - tämä on usein LEDien tärkein asia vakaan ja laadukkaan virtalähteen seurauksena.

Kyllä, ja LED-valojen suora asennus on tärkeää. Jos yksi lamppu on asennettu toisen yläpuolelle yhtä voimakkaana, ilman ylävirta voi hidastaa alhaisemmasta lampusta, ja alempi on siksi huonommissa lämpötilaolosuhteissa. Tai esimerkiksi lämmöneristys huoneen seinässä tai katossa voi häiritä lämmönpoistoa, vaikka lampun suunnittelussa kaikki lämpölaskelmat suoritettiin täydellisesti ja teknisesti se tehtiin mahdollisimman oikein. Samoin epäonnistumisen todennäköisyys kasvaa yksinkertaisesti ihottuman ja lopputuotteen lukutaidottoman asennuksen takia.

Yksi arvoisista ratkaisuista ledien ylikuumenemisen ongelmaan on lämpötilasuojauksen sisällyttäminen ohjainpiiriin, jonka palaute on tarkka lämpötilan perusteella. Kun patterin lämpötila jostain syystä nousee vaarallisesti - tehon alentamiseksi lämpötilan pitämiseksi turvallisella alueella, virta laskee automaattisesti.

Yksinkertaisin ratkaisu on lisätä kaavaan. positiivinen lämpötilakerrointermistori (Se on mahdollista negatiivisella lämpötilakerroimella, mutta silloin piirin tulisi kääntää signaali takaisinkytkentäpiirissä).

Lämpösuojaesimerkki termistoria käyttämällä

Mieti esimerkiksi piiri, joka perustuu erikoistuneeseen mikro-ohjaimeen, jolla on virtaa rajoittava piiri. Kun lämpötila nousee tietyn kynnyksen yläpuolelle (termistorin ja vastuksien asettama), jäähdytyselementtiin yhdessä LEDien kanssa asennettu positiivisen vastuskertoimen omaava termistori lisää sen vastusta, mikä johtaa vastaavaan virran laskuun ohjaimen lähtöpiirissä.

Tässä suhteessa kirkkauden säätimellä varustetut ohjainpiirit ovat erittäin käteviä periaatteeseen PWM (pulssileveyden modulaatio), jonka avulla voit säätää kirkkautta samanaikaisesti ja manuaalisesti ja suojata ledit ylikuumenemiselta.

Termistorinen ratkaisu on kätevä siinä mielessä, että virran muutos ja siten myös kirkkauden pieneneminen tapahtuu sellaisessa järjestelmässä sujuvasti, näkymättömästi silmille ja hermostoon, mikä tarkoittaa, että mikään ei vilku eikä aiheuta ärsytystä ympärillä oleville ihmisille ja eläimille. Ylärajan lämpötila määritetään yksinkertaisesti termistorin ja vastuksen valitsemalla. Tämä on paljon parempaa kuin ratkaisut, joissa on lämpötila-antureita, jotka yksinkertaisesti avaavat virtapiirin jyrkästi ja odottavat, kunnes patteri jäähtyy, ja käynnistävät sitten valaistuksen uudelleen täydellä kirkkaudella.

erikoistunut LED-ohjaimen siruttietysti maksaa rahaa, mutta vastineeksi hankitun lampun luotettavuus ja kestävyys maksavat toistuvasti tästä investoinnista.

On syytä muistaa, että LEDien normaalissa toimintaolosuhteissa niiden käyttöikä mitataan kymmenissä tuhansissa tunneissa, jolloin “oikean” kuljettajan materiaalikustannukset katoavat itsestään.

On tärkeätä antaa kuljettajalle jatkuvasti matala lämpötila, sillä sitä ei tarvitse sijoittaa lähelle ledien säteilijää. Väärä tekeminen niille, jotka yrittävät sulkea komponenttien sijoittamisen projektorin sisään. On parempi näyttää kuljettajan kotelo erillisenä yksikkönä. Turvallisuus ja varovaisuus ovat avain LEDien kestävyyteen.

Parhaat ledien virranhallinnan mikropiirit on varustettu sisäisillä piireillä, jotka suojaavat omalta ylikuumenemiselta, jos mikrosirun tulisi valaisimen kehittäjän suunnittelusyistä johtuen kuitenkin sijaita samassa kotelossa huomattavasti lämmittävien komponenttien, kuten patterin, kanssa. On kuitenkin parempi, että mikropiiri ei ylikuumene yli 70 ° C: n lämpötilaan, ja varustaa se omalla patterillaan. Silloin sekä LEDit että ohjaimen mikropiiri elää pidempään.

Ratkaisu, jossa käytetään kahta sarjaan kytkettyä termistoria lämpösuojapiirissä, voi olla mielenkiintoinen. Nämä ovat eri termistoreita, koska mikropiirin ja LEDien turvalliset lämpötilarajat ovat erilaisia. Mutta tulos saavutetaan tarvittavalla tavalla - kirkkaan kirkkauden hallinta sekä kuljettajan ylikuumentuessa että ledien ylikuumentuessa.