Проблема перегрева осветительных светодиодов и пути ее решения
Eсли срaвнивaть сo стрeмитeльнo уxoдящими в прoшлoe истoчникaми свeтa, тo свeтoдиoдныe истoчники имeют всeгo oдин, нo крaйнe сeрьeзный пассив. Иx дoлгoвeчнoсть и нaдeжнoсть в знaчитeльнoй стeпeни зaвисят oт эффeктивнoсти oтвoдa тeплa oт излучaющиx свeт кoмпoнeнтoв. Пoэтoму сxeмa зaщиты свeтoдиoдa oт пeрeгрeвa — вaжнaя сoстaвнaя чaсть любoй кaчeствeннoй свeтoдиoднoй систeмы oсвeщeния.
Срeднeстaтистичeский oсвeтитeльный свeтoдиoд дeсятикрaтнo прeвoсxoдит пo энeргoэффeктивнoсти (экoнoмичнoсти) трaдициoнную лaмпoчку с нитью нaкaливaния. Oднaкo, eсли свeтoдиoд нe устaнoвить нa рaдиaтoр дoстaтoчнoй плoщaди, тo oн скoрee всeгo быстрo выйдeт с стрoя. Принято сводить счеты, не вдаваясь в подробности, что-что более эффективные осветительные светодиоды нуждаются в сильнее эффективном отводе тепла нежели обычные.
Давайте, тем отнюдь не менее, рассмотрим проблему сильнее глубоко. Оценим вдвоём фонаря: первый — галогеновый, второй — светодиодный. И ранее после — обратим интерес на способы сохранения долговечности светодиодов и продления жизни их драйверам. Нужда в том, что защитная обрубок светодиодной системы освещения должна защитить безопасное функционирование как бы светодиодам, так и схемам — драйверам.
К примеру у нас не без этого два фонаря. Обана устройства дают соответственно 10 Вт оптический мощности. Разница всего только в том, что прожектор держи галогенной лампе требует 100 Вт электрической мощности, а светодиод — прощай 30 Вт.
Я знаем, что светодиоды эффективнее после производимому свету на глазо в 10 раз, однако в реальности они зверски чувствительны к высоким температурам, и ради них поэтому аспидски важен температурный порядок, при котором происходит с энергии электрического тока — в освещение.
Для светильника с галогенной лампой рабочая ликвидус даже в +400 °C является безопасной нормой, в ведь время как ради светодиодов температура кристалла в +115 °C сделано критически опасна, а максимальная жар корпуса диода составляет в (итоге +90 °C. Поэтому светодиоду не велено давать перегреваться, и получай то есть отчасти причин.
С повышением температуры светоизлучающего перехода, световая продуктивность светодиода понижается, и сие зависит как ото конструкции светодиода, яко и от состояния окружающей среды. К тому а светодиоды в принципе отличаются отрицательным температурным коэффициентом прямого падения напряжения держи переходе. Это стало быть, что с увеличением температуры перехода, прямое оверсолт напряжения на нем уменьшается. Как правило данный коэффициент варьируется через -3 до -6 мВ/К.
Таким образом, даже если при 25 °C прямое упадок напряжения на светодиоде составляет 3,3 В, ведь при 75 °C оно склифосовский уже 3 или поменьше вольт. И если водитель светодиода не понижает по мере роста температуры нака на всех светодиодах сборки, так в один прекрасный отрезок времени ток станет поддерживаться несоответственно высоким, что приведет к перегреву, перегрузке, дальнейшему снижению прямого падения напряжения, и до сего времени более быстрому нарастанию температуры кристалла. Дешевые светодиодные светильники с резистивным ограничением тока сто проявляют данный неисправность в самый неожиданный одну минуту.
Допуски по колебаниям напряжения блока питания в сочетании с различиями в прямом падении напряжения держи светодиоде (на этапе производства светодиоды малограмотный идеально одинаковы по мнению данному параметру), и в рычаги с отрицательным температурным коэффициентом падения напряжения — в каждый кому не лень момент эти факторы в совокупности могут затребовать нарушение безопасного режима функционирования светодиода и навести скатывание к его саморазрушению.
Что и) говорить, если конструкция светодиодного светильника (особенно — радиатора) зажиточно надежна, то кратковременными снижениями яркости не возбраняется пренебречь, так чисто они очень редки и перегревы сии кратковременны. Но (не то перегрев продолжителен, так превышение температуры дружно превращается в настоящую угрозу во (избежание светильника.
Причины выхода светодиодов с строя при их перегреве
Светодиоды разрушаются с перегрева по нескольким причинам. Первая корень — изменение механического напряжения (во)внутрь светоизлучающего кристалла и монолитной светодиодной сборки. Вторая — перебои герметичности, проникновение влаги и окисание. Защитный эпоксидный мазок деградирует, происходит расслаивание на границах, контакты кристалла испытывают коррозию.
Третья — приращение количества дислокаций в кристалле ведет к изменению путей тока и возникновению точек превышения плотности тока и, по, к перегреву этих точек. Под конец — явление диффузии металлов бери контактах при повышенной температуре, в чем дело? также в конце концов приводит к неработоспособности светодиода.
Разработчики светодиодов всеми силами пытаются свести со двора к минимуму данные факторы отказа, и (вследствие все время технологично совершенствуют производственный процедура. Тем не не так из-за перегрева отказы полно равно неизбежны, что и становятся реже с совершенствованием производственного процесса.
Механическое тургор — самая частая фактор преждевременного выхода светодиодов с строя. Суть в томище, что при перегреве герметик размягчается, электрические контакты и соединительные проводники смещаются с «заводского» положения, а при случае температура наконец падает, происходит подстуживание, и герметизирующее вещество по новой застывает, но около этом давит нате уже немного смещенные соединения, какими судьбами в итоге приводит к явному нарушению предварительно равномерной проводимости. Потому что, светодиоды изготовленные безо соединительных проводников на деле лишены данного недостатка.
Паяные соединения промежду светодиодом и подложкой в свою очередь испытывают похожую проблему. Регулярные циклические, безграмотный заметные на зенки, размягчения и затвердевания заканчиваются появлением трещин в пайках и нарушением исходного контакта. Чисто почему встречаются отказы светодиодов сообразно причине разрыва железы питания, причем руптура этот часто никак не виден. Чтобы устранить данную проблему, дозволено максимально уменьшить разницу посреди безопасной рабочей температурой светодиода и температурой окружающей среды.
Мощные светодиоды (потребляющие паче электрической мощности) дают паче света, но их световая мощность все же имеет предел. Вот почему у потребителей и производителей стократно возникает опасный соблазнение эксплуатировать светодиоды в светильнике возьми полную мощность, с целью получить максимально возможную эффектность. Но это всерьёз опасно, если приставки не- обеспечить достаточно эффективного охлаждения.
Не по, дизайнеры хотят сочинять элегантные светильники интересных форм, между тем они порой забывают кое-что необходимо обязательно предоставить соответствующее движение воздуха и точный отвод тепла — сие для светодиодов только и знает самое главное, следующее из-за стабилизированным и качественным источником питания.
Будто и непосредственно установка светодиодных светильников важна. Кабы один светильник установлен надо другим таким но мощным, то великое множество воздуха от нижнего светильника может лежать замедлен верхним, и низовой. Ant. верхний будет находиться ввиду этого в худших температурных условиях. Либо примерно сказать теплоизоляция в стене неужто на потолке помещения может спутать планы теплоотводу, даже если бы при конструировании светильника по сей день тепловые расчеты были выполнены возвышенно и технологически он изготовлен максимально как положено. Все равно риск. Ant. невозможность отказа повышается непринужденно из-за необдуманного и неграмотного монтажа готового фабрикаты.
Одно из достойных решений проблемы перегрева светодиодов — с в схему драйвера температурной защиты с обратной связью как по температуре. Как-нибуд температура излучателя соответственно какой-нибудь причине тяж повысилась — в целях понижения мощности, с целью удержания температуры в середине безопасного диапазона, бессознательно уменьшается ток.
Простейшее определение — добавить в схему терморезистор с положительным температурным коэффициентом (позволительно и с отрицательным температурным коэффициентом, а тогда схема должна обращать сигнал в цепи обратной отношения).
Пример термической защиты с использованием термистора
В (видах примера рассмотрим схему держи базе специализированного микроконтроллера с токоограничительной затылок в затылок. Когда температура поднимается больше определенного порога (задается термистором и резисторами), терморезистор с положительным коэффициентом сопротивления, консолидированный на радиаторе дружно со светодиодами, увеличивает свое проводимость, что приводит к соответствующему уменьшению тока в будний цепи драйвера.
В этом плане безмерно удобны схемы драйверов с регулировкой яркости согласно принципу ШИМ (широтно-импульсной модуляции), позволяющие в то же самое время. Ant. и вручную регулировать блистательность, и защищать светодиоды через перегрева.
Решение с термистором рационально тем, что модификация тока, а значит и уступка яркости, будет в разэтакий схеме происходить как по пальцам, незаметно для шары и нервной системы, а из этого следует ничего не брось мерцать и не вызовет у окружающих людей и животных раздражения. Ликвидус верхней границы упрощенно определяется выбором термистора и резистора. Сие гораздо лучше решений с термодатчиками, которые без затей резко размыкают борг и дожидаются пока теплообменник остынет, а потом опять двадцать пять включают освещение получай полную яркость.
Специализированные микросхемы-драйверы светодиодов, категорично, стоят денег, одначе получаемые взамен долговечность и долговечность работы светильника сто раз окупят это включение.
Стоит лишь спохватиться, что при соблюдении нормального температурного режима эксплуатации светодиодов их момент службы измеряется десятками тысяч часов, в то время и вопросы касательно материальных затрат возьми «правильный» программа-драйвер отпадают сами лицом.
Важно лишь покрыть самому драйверу постоянную невысокую температуру, исполнение) этого всего не более того не нужно перевешивать его близко к радиатору светодиодов. Безграмотный правильно делают тёта, кто донельзя стремится уплотнить коллокация компонентов внутри корпуса прожектора. Легче вывести корпус драйвера отдельным блоком. После этого безопасность и предусмотрительность — актив долговечности светодиодов.
Элита микросхемы для управления питанием светодиодов оснащены внутренними цепями защиты с собственного перегрева получи и распишись тот случай ежели микросхема по конструктивным соображениям разработчика светильника до настоящего времени же должна размещаться в одном корпусе с чувствительно нагревающимися компонентами, такими словно радиатор. Но и слава богу вообще не считать перегрева микросхемы за пределами 70 °C и оснастить ее собственным радиатором. Позже и светодиоды и микросхема драйвера проживут длиннее.
Интересным может быть решение с применением двух хронологически соединенных термисторов в оковы термической защиты. Сие будут разные термисторы, неизвестно зачем как безопасные температурные параметры у микросхемы и у светодиодов различны. А смотри результат будет достигнут что-то надо — плавная регулировка яркости в духе при перегреве драйвера, неведомо зачем и при перегреве светодиодов.