A világító LED-ek túlmelegedésének problémája és megoldásai

A gyorsan halványuló fényforrásokkal összehasonlítva a LED-fényforrásoknak csak egy, de nagyon komoly hibája van. Tartósságuk és megbízhatóságuk nagyban függ a fénykibocsátó alkatrészek hőelvonásának hatékonyságától. Ezért a LED túlmelegedés elleni védőáramlása minden jó minőségű LED-es világítási rendszer fontos eleme.

az átlagos világítás vezetett tízszer jobb energiahatékonysággal (jövedelmezőség), mint a hagyományos izzólámpa. Ha azonban a LED-et nem telepítették megfelelő területű hűtőre, akkor valószínűleg gyorsan meghibásodik. Általánosan elfogadott, anélkül, hogy a részletekbe mennénk, hogy a hatékonyabb világítású LED-ek hatékonyabb hőelvezetést igényelnek, mint a hagyományos.

Vizsgáljuk meg azonban a problémát mélyebben. Két lámpát értékelünk: az első halogén, a második LED. És utána - ügyeljünk a LED-ek tartósságának megőrzésére és meghajtók élettartamának meghosszabbításának módjaira. A helyzet az, hogy a LED-es világítórendszer védő részének biztosítania kell mind a LED-ek, mind a vezető áramkörök biztonságos működését.

Például két lámpánk van. Mindkét eszköz 10 Watt teljesítményt nyújt. Az egyetlen különbség az, hogy a halogén spotlámpa 100 watt villamos energiát igényel, a LED csak 30 wattot igényel.

Tudjuk, hogy a LED-ek körülbelül 10-szer hatékonyabbak a termelt fényben, ám a valóságban rendkívül érzékenyek a magas hőmérsékletekre, ezért számukra nagyon fontos az a hőmérsékleti rendszer, amelyben az elektromos áram fénnyel való átalakítása történik.

Halogénlámpával ellátott lámpatesteknél a +400 ° C-os hőmérsékleti hőmérséklet is biztonságos norma, míg a LED-ek esetében a +115 ° C kristályhőmérséklet már kritikusan veszélyes, és a diódaház maximális hőmérséklete csak +90 ° C. Ezért a LED-et nem szabad túlmelegedni, és ennek több oka van.

A fénykibocsátó átmenet hőmérsékletének emelkedésével a LED fényhatékonysága csökken, és ez mind a LED kialakításától, mind a környezet állapotától függ. Ezenkívül a LED-ek elvben különböznek a kereszteződés közvetlen feszültségének negatív hőmérsékleti együtthatójában. Ez azt jelenti, hogy az átmeneti hőmérséklet növekedésével a közvetlen feszültségcsökkenés azon keresztül csökken. Ez az együttható általában -3 és -6 mV / K között változik.

Tehát, ha 25 ° C-on a közvetlen feszültségcsökkenés a LED-en 3,3 V, akkor 75 ° C-on már 3 volt vagy annál kevesebb. És ha a LED-es meghajtó nem csökkenti a feszültséget az összes szerelési LED-en a hőmérséklet emelkedésével, akkor egy finom pillanatban az áramot nem elég magasan tartják fenn, ami túlmelegedéshez, túlterheléshez, a közvetlen feszültség további csökkenésének és a kristály hőmérsékletének még gyorsabb növekedéséhez vezet. Az ellenállásáram-korlátozással rendelkező olcsó LED-lámpák gyakran mutatják ezt a hátrányt a legváratlanabb pillanatban.

A tápegység feszültségingadozásainak tűrése a közvetlen feszültségcsökkenés különbségeivel a LED-en (a gyártási szakaszban a LED-ek nem ideálisak ezen paraméternél), és a feszültségcsökkenés negatív hőmérsékleti együtthatója miatt - ezek a tényezők bármikor együtt biztonsági kockázatot okozhatnak a LED működési módját, és provokálja a diát önpusztulásához.

Természetesen, ha a LED-izzó (különösen a hűtő) tervezése elég megbízható, akkor a rövid távú fényerő csökkenését elhanyagolni lehet, mivel ezek nagyon ritkák és ezek a túlmelegedések rövid távúak. De ha a túlmelegedés folyamatos, akkor a hőmérséklet-emelkedés azonnal valódi fenyegetéssé válik a lámpára.

A LED-ek meghibásodásának okai, ha túlmelegednek

A LED-ek több okból tönkremehetnek a túlmelegedés révén. Az első ok a fénykibocsátó kristály és a monolitikus LED-egység mechanikai feszültségének megváltozása. A második a tömörség, a nedvesség behatolása és az oxidáció megsértése. A védő epoxi réteg lebomlik, a határokon lamináció alakul ki, és a kristály érintkezői korrózióval járnak.

Harmadszor, a kristályban a diszlokációk számának növekedése az áramvonalak megváltozásához és a túlzott sűrűségű pontok megjelenéséhez vezet, és ennek következtében ezen pontok túlmelegedéséhez. Végül - a fémek diffúziójának jelenléte az érintkezőkön magasabb hőmérsékleten, ami végül a LED működésképtelenségéhez is vezet.

A LED-fejlesztők mindent megtesznek ezen minimalizálási tényezők minimalizálása érdekében, és ezért folyamatosan fejlesztik a gyártási folyamatot. Ennek ellenére a túlmelegedés miatt a hibák továbbra is elkerülhetetlenek, bár ritkábban fordulnak elő a gyártási folyamat fejlesztésével.

A LED-ek korai meghibásodásának leggyakoribb oka a mechanikus nyomás. A lényeg az, hogy a túlmelegedésnél a tömítőanyag meglágyul, az elektromos érintkezők és az összekötő vezetők elmozdulnak a „gyári” helyzetből, és amikor a hőmérséklet végül csökken, a lehűlés megtörténik, és a tömítőanyag újra megszilárdul, ugyanakkor megnyomja a már kissé elmozdult csatlakozásokat, amelyek végül az eredeti vezetőképesség egyértelmű megsértéséhez vezet. Szerencsére az összekötő vezetők nélküli LED-ek gyakorlatilag nem rendelkeznek erről a hátrányról.

A LED és az aljzat között forrasztott illesztések szintén hasonló problémát tapasztalnak. Rendszeres, ciklikus, a szem számára láthatatlan, lágyuló és keményedő, a forrasztásokban megjelenő repedések megjelenésével és az eredeti érintkezés megsértésével. Ez az oka annak, hogy a LED meghibásodása megszakadt áramkör miatt fordul elő, és ez a rés gyakran nem látható. A probléma elkerülése érdekében minimalizálhatja a LED biztonságos üzemi hőmérséklete és a környezeti hőmérséklet közötti különbséget.

Az erős (több villamos energiát fogyasztó) LED-ek több fényt adnak, de fényteljesítményük továbbra is korlátozott. Ez az oka annak, hogy a fogyasztók és a gyártók gyakran veszélyes kísértést hajtanak végre a lámpa LED-jeinek teljes teljesítményén a lehető legnagyobb fényerő elérése érdekében. De ez nagyon veszélyes, ha nem biztosít elegendő hatékony hűtést.

A tervezők természetesen érdekes, érdekes formájú elegáns szerelvényeket készítenek, de néha elfelejtik, hogy gondoskodni kell a megfelelő levegőmozgásról és a megfelelő hőelvezetésről - ez gyakran a LED-ek számára a legfontosabb dolog, stabil és jó minőségű áramforrást követve.

Igen, és a LED-lámpák közvetlen telepítése fontos. Ha az egyik lámpa a másik fölé van felszerelve, mint hatalmas, akkor az alsó lámpa levegőáramát lelassíthatja a felső, az alacsonyabb hőmérsékleti viszonyok között. Vagy például a szoba falában vagy a mennyezetben található hőszigetelés zavarhatja a hőelvezetést, még akkor is, ha a lámpa tervezése során az összes hőszámítást tökéletesen elvégezték, és technológiai szempontból a lehető legpontosabban végezték el. Ugyanakkor a meghibásodás valószínűsége egyszerűen növekszik a kiütés és a késztermék írástudatlan telepítése miatt.

A LED-ek túlmelegedésének egyik méltó megoldása a hőmérsékleti védelem beépítése a meghajtó áramkörébe, pontosan a hőmérséklettől való visszacsatolással. Amikor a hűtő hőmérséklete valamilyen okból veszélyesen megnő - a teljesítmény csökkentése érdekében, a hőmérséklet biztonságos tartományban tartása érdekében az áram automatikusan csökken.

A legegyszerűbb megoldás az, ha hozzáadjuk a sémát. pozitív hőmérsékleti együttható termisztor (Negatív hőmérsékleti együtthatóval lehetséges, de az áramkörnek meg kell fordítania a jelet a visszacsatoló áramkörben).

Példa hővédelemre termisztorral

Például vegyünk figyelembe egy áramkört egy speciális mikrovezérlőn alapuló áramot korlátozó áramkörrel. Amikor a hőmérséklet egy bizonyos küszöb fölé emelkedik (amelyet egy termisztor és ellenállások állítanak be), a pozitív ellenállási együtthatóval rendelkező termisztor, amelyet a hűtőbordára LED-ekkel felszerelnek, növeli ellenállását, ami a hajtómű kimeneti áramkörében az áram megfelelő csökkenéséhez vezet.

Ebben a tekintetben a fényerő-szabályozó meghajtó áramkörök nagyon kényelmesek az az elv, PWM (impulzusszélesség-moduláció), amely lehetővé teszi a fényerő egyidejű és manuális beállítását, és megóvja a LED-eket a túlmelegedéstől.

A termisztoros megoldás azért kényelmes, mert az áram változása és ezáltal a fényerő csökkenése egy ilyen sémában zavartalanul, láthatatlanul a szemre és az idegrendszerre történik, ami azt jelenti, hogy semmi nem villog, és nem okoz irritációt az emberek és az állatok körül. A felső határ hőmérsékletét egyszerűen a termisztor és az ellenállás választja meg. Ez sokkal jobb, mint a hőmérséklet-érzékelőkkel rendelkező megoldások, amelyek egyszerűen élesen kinyitják az áramkört, és várják meg, amíg a radiátor lehűl, majd teljes fényerővel bekapcsolják a világítást.

specializált LED meghajtó chipektermészetesen pénzbe kerül, de a cserébe kapott lámpa megbízhatósága és tartóssága többször is megtéríti ezt a beruházást.

Érdemes megjegyezni, hogy a LED-ek normál működési hőmérsékleti körülményeitől függően azok élettartamát több tízezer órában mérik, majd a „helyes” illesztőprogram anyagköltségeivel kapcsolatos kérdések önmagukban eltűnnek.

Csak az a fontos, hogy a vezető állandóan alacsony hőmérsékletet biztosítson, mert ehhez nem kell a LED-ek radiátorához közel helyeznie. Rosszul csinálják azokat, akik arra törekednek, hogy lezárják az alkatrészek elhelyezését a projektoron. Jobb, ha a meghajtó házát különálló egységként jeleníti meg. A biztonság és a körültekintés a LED-ek tartósságának kulcsa.

A LED-ek energiagazdálkodásának legjobb mikroáramkörei belső áramkörökkel vannak felszerelve, amelyek védelmet nyújtanak a saját túlmelegedése ellen, abban az esetben, ha a mikroáramkört a lámpatest fejlesztőjének tervezési okokból ugyanakkor ugyanabban a házban kell elhelyezni, ahol észrevehetően fűtőelemek vannak, például egy radiátor. De jobb, ha nem hagyja, hogy a mikroáramkör túlmelegedjen 70 ° C felett, és felszerelje azt saját radiátorával. Akkor mind a LED-ek, mind a meghajtó mikroáramköre tovább él.

Érdekes lehet egy olyan megoldás, amely két soros kapcsolt termisztort használ a hővédő körben. Ezek különböző termisztorok, mivel a mikroáramkör és a LED-ek biztonságos hőmérsékleti határértékei különböznek. De az eredményt elérjük, amire szükség van - sima fényerő-szabályozás, mind a vezető túlmelegedésekor, mind a LED-ek túlmelegedésekor.