Температурный режим светодиодов. Зависимость работы светодиода от температурного режима

Достаточно информативная и полезная статья. К сожалению нет реальных параметров на ресурс светодиодов популярных фирм. И это понятно - скрытая реклама, как и антиреклама преследуется. Особо следует отметить, что температура корпуса прибора и температура кристалла - "две большие разницы"
Спасибо за статью. В советское время при расчетах надежности больше использовались иследование надежности при длительной работе, и меньше использовалась методика предсказания поведения. Но сейчас вы правильно пишите, это никому не нужно. Новые приборы появляются быстрее чем, успевают провести качественные иследования надежности.
Еще 1 человек, который за заработную плату "хвалит свое болото". Светодиод не может быть долговечным прибором в любом случае, хотя все в мире относительно. Принцип работы светодиода - разрядник и при каждом разряде на электроде образуется нагар - этим все сказано. Да подбирается материал, частота обработки, но нет "разряда в воздухе", разряд на метал и чернота от этого обязательный элемент работы прибора.
Почему светодиод - это разрядник? Где это описано? Пока считал по другому. Владимир66, дайте ссылку, пожалуйста!
разрядник - "утрированно", хотя только с той разницей, что светодиод можно назвать "электролитическим (от названия конденсаторов) разрядником". Ссылку - для понимания нужна не 1 ссылка. Погуглить википедию светодиоды (принцип и частоту работы), посмотреть разрядники, посмотреть историю о 1_й лампочке, которая представляла 2 угля в банке, можно посмотреть разновидности умножителей напряжения (сделав выводы о частоте работы светодиодов), после чего вместо 220 В светодиодной лампочки нарисовать умножитель напряжения со стрелками на диодах. Что такое светодиод на практике можно посмотреть наглядно. В старых ламповых телевизорах стояли высоковольтные мосты - штампом сделанные кружочки с металла, с 1 стороны подпружиненные в корпусе. Думаю с натфилем "пилить микросхему - довольно затруднительно, что там практически ни чего нет кроме черточек определенной длины и на определенном расстоянии друг от друга."
Про "электролитические" разрядники ничего не знаю и гугль не помог. Проясните что это такое. Какое отношение дуговая лампа имеет к светодиоду? К разряднику, газовому, имеет отношение и, в случае крайней необходимости, можно использовать как разрядник. Умножители напряжения какое к светодиоду имеют отношение? Вот 2 ссылки на простое описание работы светодиода: http://specelec.ru/reference-book/it...schenie-2.html , http://supply.in.ua/osveschenie/svetodiod.html. О серьезном академическом описании не хочу и говорить. Нигде и близко нет понятия - разрядник. Поэтому прошу обьяснить и дать ссылки где описаны "электролитические" разрядники и светодиод - это разрядник.
=ctc655;169408]Про "электролитические" ........ Молодой человек. У меня совершенно нет желания читать Вам лекции по электротехнике. http://zpostbox.ru/led_intrinsic_cap...c_circuit.html цитата по тексту Для голубого светодиода предрезонансная частота составляет 1,55 МГц Разрядник - 2 электрода, расположенные на расстоянии друг от друга (2 болта, свеча на автомобиле и т.д.), при протекании тока с обеих сторон между электродами происходит пробой в среде (не важно в воздухе, вакуме и т.д.). Электроды могут быть совершенно различной формы, 2 иголки - расстояние между ними - это для него вольтамперная х-ка. так как электроды можно повернуть как угодно (2 пластинки паралельно), а в конденсаторе среда мед\жду пластинами для пробоя различна - это уже конденсатор. Чем отличается электролит от обычного кондера? Далее ищите сами, что прослушали по предмету.
За "молодого" человека конечно спасибо, но... Конденсатор не разрядник! Кроме конденсаторов с воздушным диэлектриком. Остальные после пробоя выходят из строя. Поэтому повторю свой вопрос - что такое электролитический разрядник! Я о таком не слышал, если есть такое - интересно узнать. Далее - светодиод НЕ разрядник! Там совсем другие процессы. Ссылки я дал. От вас нет ничего. А то что светодиод имеет собственную емкость, как и любой полупроводниковый прибор на PN переходе не секрет. В далеком детстве, когда нельзя было достать варикап, делал генератор на Д818. Даже что-то получилось. Опыта тогда у школьника еще не было и опытного человека рядом не оказалось, да и приборов в кружке толком не было еще. Прошу просветить, если есть чем.
=ctc655;169592]За "молодого" человека конечно спасибо.... Вы опять заблуждаетесь. Кроме 50 гц увы ни чего не знаете? Я скинул 1 страницу - Для голубого светодиода предрезонансная частота составляет 1,55 МГц - похоже это Вам ни чего не говорит. Подойдите к любому радиохулигану у которого есть передатчик или кто работал на передатчике в армии, на данной частоте конденсатор - кусок пластинки или проволочки, а емкость настраивается изменением положения подвижной пластинки или зазора. Разрядник, хотя бы почитал о разновидностях разрядников, форме начиная с иголок, шарика, иголки и пластины - что приводит к неравномерности выхода ионов. Что значит изготовление обоих сторон разрядника из различных материалов. Что касается ссылок - они не нужны, это не искать книжки для нужного вопроса 30 лет назад, сейчас проще. Набираеш в нете допустим эл. аналог диода и боюсь еще 1 вопрос отпадет. Азы - прекрасная штука, которая везде опускается в учебный заведениях, так что смотрите, читайте - говорят помогает. К сожалению у Вас сильно много пробелов в данном предмете, что бы для Вас искать все ссылки и пытаться в чем то убедить. Обращайтесь к преподавателю, он задает, спрашивает, если не знаете и не хочете знать приходится верить, когда бабки отлистываеш.
Смотрю, разговор не получается, поэтому вопрос в последний раз. Какое отношение светодиод имеет отношение с разряднику? Что такое "электролитический" разрядник? И если можно хотя бы со ссылками. Что бы знать откуда вы черпаете информацию.
Судя по стилю и содержанию изложению, я думаю, это бесполезно. И вряд ли он (разговор) получится...
имхо согласен с admin- разговор с такими бесполезен. Современная наука - очень сложная штука, поэтому всегда находятся фрики, не понимающие ничего в науке, но которые заявляют "вас дурят, мировой заговор ученых, все проще...." , а в данном случае "светодиод - это разрядник, ф топку физику твердого тела".
Резве не только 1 человек не знает значение "блотного слова" ионизация. см. выше - в ламповых устанавливались высоковольтные диоды 5ГЕ, 7ГЕ, КЦ109 - разбиваеш - видиш кучу штампованных кружочков (диодов) установленных последовательно и поджатых пружинкой. "кружочек штамповки" - на листе металла химическим способом нанесен другой метал - и все назначение слова "ионизация", или другое блотное слово "би метал", от слова сдвоенный. Что касается стиля ответа, когда человека ставят перед делемой - этой делемой интересуются. Я не преподаватель доводить и вбивать в голову, хотя думаю многие из Вас подписаны на рассылки "Радиолоцман". Вчера пришла рассылка с книжкой "Практическая электроника 2015г" , мужик умница - книжка по свей электронике и по приборам, простейшим схемкам. Книжка прекрасна в понимании как для детей с 5_и летнего возраста, так и для бландинок, в книжке так же показано с чего состоит каждое изделие. Если данный учебник не поможет, не думаю, что кто то сможет объяснить. Могу еще больше удивить в таком случае - патент России примерно 2000 года на котором наброшен рисуночек - 2 пластинки на столе к каждому подведен провод (Антена) - разновидность конденсатора.
Обалдеть! Эт кто же ухитрился открытый контур запатентовать?
Не помню фамилии, искать не охота. Это еще нормально, я до сих пор с ужасом вспоминаю научные статьи о объяснении микромира, типа 12_го измерения и Алисы в стране дураков, вместо простого объяснение о плоскостях, которые необходимы для раскладки сил.
После *свинтильскрутного метермолета,приводимого в движение петрольпетом* и *чугунного шара,одновременно гидропресса и летательного аппарата*- уже ничего не удивляет...
=volodimmer1;169876]После............. Меня в большинстве так же, но иногда шакирует. Допустим, в школе, техникуме, институте последние 100 лет изучают физику и эл. технику. И только после "попойки академиков" в результате спора на ютубе показан результат спора - "где же в конденсаторе хранится заряд и т.д."
Св/диоды быстро дохнут,но без них никуда в наше время.Только часто менять приходится,зато работают неприхотливо..
Интересная дискуссия на этой ветке. Помню 1_е замеры по лампам дневного света и светоотдаче, сроку службы. Отзывы, примерно такие же, как сейчас о светодиодах. Обычная лампочка стоила еще год назад так же в 10 раз дешевле. Сейчас та же проблема со светодиодами, если в кратце: 1. Лампочка Ильича сейчас стоит как и дневного света, потребляет по факту в 2 раза меньше, светильник в сборе - почти та же цена лампочки. 2. Светодиодную разукрашивают потребление в 10 раз - по факту в 2 раза от дневного света. Цена светодиодных ламп и светильников на столько заоблачная, что светильник можеш не купить на зар. плату или купить 4 лампочки. 3. Если пересчитать целесообразность приобретения светодиодной лампы - если учесть обещанную гарантию - выгода по деньгам в 4 раза. Жаль беда - о каких 20 годах можно говорить, когда добрая половина ламп работает до года. 4. Очень обидно, что во многих трениях по техническим вопросам участвуют не "специалисты", а в большинстве "дворники" или "тетя Маша", которая из за 50 центов пытается "свою мать в рабство продать".

Производители светодиодных ламп и светодиодов обещают большую длительность работы, обычно составляет от 20 тысяч часов для старых моделей, и 30-50 тысяч часов для последних популярных моделей, таких как SMD 5630 и . На самые современные диоды длительность может составлять уже до 100 тыс. часов.

Характеристики кукурузы

В качестве примера с большим временем эксплуатации будет рассмотрена кукуруза с цоколем Е27 и напряжением 220В. Примерное непрерывное время работы этой лампы составляет 2 года, то есть 17,000 – 20,000 часов.

Светодиодная лампочка на SMD 5630

Светодиодная лампа была куплена на Aliexpress, и была поставлена в коридор на лестничной площадке, из-за того, что я заказывал белого света, а одна а оказалась холодного свечения. Эксплуатировалась в замкнутом пространстве, в прозрачном рифленом плафоне, и плафон при этом был температуры окружающего воздуха. За это время пластик на кукурузе пожелтел и явно стали видны следы деградации люминофора на диодах, которые обнажили внутренности под силиконовой поверхностью.

В ней использованы диоды низкого качества от мелкокитайского производителя, которые включены на 30% от общепринятой мощности, на 0,15 Вт вместо 0,5 Ватт. Таким образом, производитель защищает его от преждевременного снижения характеристик и обеспечивает приемлемую длительность использования.

Диоды бюджетные китайские, на 0,15W, вместо положенных популярных 0,5W. Этим китайцы умело пользуются, то есть обманывают. Выдают их за полватные. Кто покупает первый раз и не разбирается в этом, не поймет что его обманули. Это я подробно описал в статье про выбор светодиодных лент, сравнивая цены, мощность и конечную выгоду.

Деградация

Пример, слева новый, справа старый (2 года работы)

По мере эксплуатации, светодиод подвергается воздействиям, которые негативно сказываются на его характеристиках.

Основные факторы:

помутнение оптической части, выполненной из силикона;
выгорание люминофора под воздействием температур;
деформации корпуса из-за нагрева и напряжения корпуса;
деградация кристалла.

Светодиод белого света изначально светит холодным синим цветом. Для получения нейтрального белого дневного света, кристалл покрывают люминофором, который преобразует синий в белый цвет.

Во время деградации кристалла, появляются дефекты, при которых участок кристалла перестает светить, но продолжает нагреваться. При этом начинает увеличиваться ток утечки, то есть ток проходит не излучая свет. Самым плохими катализаторами деградации являются ток выше номинального и повышенная температура. Поэтому надо быть осторожным при покупке сомнительных экземпляров, потому что наши китайские братья по разуму могут «разгонять» светодиоды, подавая ток выше номинального.

Ресурс

График деградации от температуры и времени

Что же будет, когда он отработает указанное производителем время?
Общепринятым стандартом считается, что за период указанной длительности работы яркость светодиода упадет на 30%.

Это правило в основном действует на именитых производителей, который соблюдают стандарты, а мелкие и неизвестные производители могут отходить от стандартных правил, с целью завышения параметров и . Они могут запросто указать стандартную длительность работы для модели, при этом умолчав, что при этом яркость упадет до 50%.

Во избежание различных неприятных сюрпизов, требуйте продавца настоящие сертификаты на продукцию. Если сертификатов нет, то подсунуть могут что угодно. Еще одна сопутствующая проблема, это будет непонятно, относится сертификат к этим диодам или он от другой партии.

Измеряем падение яркости через 2 года

На торце обеих установлено 8 штук

Выгорание люминофора и деградация налицо, но это лишь внешние признаки. Так как я покупал несколько одинаковых, из которых непрерывно в течение 2 лет работала одна, то сравним их яркость. Для теста берем такую же лампу с цоколем Е14 220В, которая практически не работала и отработавшую 17 – 20 тыс. часов.

Фото тестируемых кукуруз, одна в цилиндре

Для получения более точных результатов, будем сравнивать освещенность, создаваемую SMD 5630, которые находятся только на торце, в количестве 8 штук. Для исключения влияния боковых светодиодов, одеваем неё цилиндр из бумаги.

Измеряем освещенность новой лампочки

Измеряем освещенность старой

В результате тестирования получаем:

после 2 лет дает освещенность 49 Люкс;
новая светит на 73 Люкс.

Разница между старой и новой составляет 24 люкса, получается, что яркость упала за время двухлетней непрерывной эксплуатации на 33%. Так как они неизвестного китайского производства и низкого качества, то можно сказать, что ресурс этих светодиодов составляет 20,000 часов.

Определяем режим работы

Чтобы определить светодиоды, которые не в номинальном режиме, а в заниженном или завышенном, то необходимо узнать тип диодов и вычислить суммарную потребляемую мощность и световой поток. Полученные данные сопоставляем с характеристиками светодиодной лампы, в результате чего делаем выводы. Основная проблема, это невозможность определить модель диода из-за наличия матовой колбы. Один из выходов, это найти такие же у другого продавца (например, если покупаете на Aliexpress), у которых указан тип диодов или есть фото без колбы.

Как и всякие приборы, светодиоды имеют плюсы и минусы. К несомненным плюсам относится то, что преобразование электроэнергии в свет происходит практически без потерь и при минимальном потреблении энергии (напомним: для работы диоду необходимы напряжение порядка 2 В и ток 20 мА). Это выгодно отличает такие приборы и от люминесцентных ламп, и от ламп накаливания. Да еще световое излучение наблюдается в довольно узкой части спектра (свет близок к монохроматическому), что особо ценится дизайнерами. А главное - светодиод практически не нагревается (исключение составляют мощные модели последнего поколения, но и те греются на порядок меньше ламп накаливания), а срок его службы достигает до 50 тыс. ч. То есть почти в 50 раз больше, чем у лампы накаливания, и в пять-десять раз больше, чем у люминесцентной лампы. К этому следует добавить высокую механическую прочность и исключительную надежность. И наконец, если учесть, что светодиод - прибор низковольтный, следовательно, безопасный, мы получаем почти идеальный источник света!

Сроки эксплуатации
Теоретически светодиод может работать без перерыва от 10 до 50 тыс. ч (первый срок называют китайские производители, второй - европейские и американские). Если учесть, что включаться он будет только в вечернее да изредка в ночное время, можно считать, что светить ему предстоит 20-30 лет. Но это теоретически. На практике следует принять во внимание, что в конструкции используется не только собственно светодиод, но и множество вспомогательных элементов, имеющих собственные слабые места: микросхемы с некачественной пайкой и окисляющимися дорожками, корпусы, в которые просачивается вода, и т. д.

Чем обеспечивается такое качество? У каждой фирмы производителя диодов секрет свой, и разглашают они его с большой неохотой. Например, одна из голландских компаний проводит так называемый отжиг светодиодов: их выдерживают в печи при температуре 60°С примерно трое суток. После этого диод более стабилен в работе и обеспечивает устойчивый спектр свечения. Правда, линейка таких приборов стоит от € 85.

Теперь о том, что случится по окончании срока эксплуатации. Диод не "умрет", как обычная лампа накаливания. За это время уровень его яркости упадет не более чем на 20% (произойдет так называемая деградация кристалла), но он будет продолжать работать. В зависимости от качества изготовления кристаллы деградируют по-разному: одни постепенно теряют в год 1-2% яркости, другие делают это резко, едва приблизится назначенный срок. Но меркнут неизбежно как те, так и другие. Заметим, что на скорость деградации огромное влияние оказывают температурные условия эксплуатации (нормативы указаны в паспорте прибора и обычно находятся в пределах от -40 до +40°С). Чем ниже температура, тем дольше живет светодиод. Например, где-нибудь на севере (при -20...-40°С) он сможет работать почти вечно (при такой температуре кристалл практически не деградирует). А вот если установить его на печной трубе, где температура постоянно высока (60- 80°С), то проживет он примерно год.
Поэтому, прежде чем применять высокие технологии, советуем определиться с условиями эксплуатации светильников в вашем помещении, после этого любое Ваше решение будет верным.

Мощные белые светодиоды 3HP предназначены для использования в составе светильников и прожекторов в системах освещения бытовых и промышленных помещений. Светодиоды выпускаются в нескольких модификациях, позволяющих решать самые разнообразные задачи. Низкое падение напряжения, наличие прочной поликарбонатной линзы с возможностью выбора угла рассеивания, качественный люминофор позволяют использовать светодиоды в условиях повышенной влажности, вибрации, при низких температурах окружающей среды. Ниже приведены рекомендации по использованию 3HP
при проектировании светильников на их основе.

Основная особенность использования большинства мощных светодиодов - необходимость эффективного отвода тепла с небольшой площади. На приведенном рисунке показана конструкция светодиода 3HP и способ крепления светоизлучающего кристалла к теплоотводящему основанию.

Как видно на рисунке, теплоотводящее основание, выполненное из меди, имеет диаметр всего около 5,5 мм. Это предъявляет повышенные требования к качеству контакта подложка/радиатор. Поскольку кристалл соединен с выводами очень тонкими проводниками, отвод тепла через выводы не представляется возможным.

Монтаж

При монтаже светодиода необходимо применение качественной теплопроводящей пасты или термоклея . Нужно обеспечить минимальную шероховатость и отсутствие загрязнений поверхности радиатора. Теплопроводящая паста наносится на основание светодиода, количество определяется экспериментально и зависит от ее консистенции. Паста не должна быть слишком густой и не должна содержать комочков и посторонних включений. При монтаже светодиоды необходимо аккуратно, но сильно прижимать к основанию, обеспечивая выдавливание излишков теплопроводящей пасты.
Оптимальная рабочая температура кристалла - около 70-80 градусов. Таким образом, температура радиатора в месте соприкосновния со светодиодом не должна превышать 50-60 градусов при температуре окружающей среды 20-25 градусов С. Это обеспечивается вычислением необходимой для одного светодиода площади радиатора. В среднем это около 15-20 кв.см., если радиатор выполнен из алюминия и 20-25 кв.см. при применении силумина. При отсутствии естественной конвекции воздуха (закрытый корпус с радиатором внутри), площадь радиатора желательно увеличить на 15-20%. С учетом тепловой инерции радиатора замеры необходимо проводить спустя 10-15 минут после включения светильника.

Внимание! Существует распространенное заблуждение, что монтажная пластина "Star" (звезда) может служить радиатором для мощного светодиода. Это не так. Данная пластина всего лишь облегчает монтаж светодиода при отсутствии печатной платы.

Питание

Максимальный постоянный рабочий ток светодиодов 3HP -350 мА (для 3HPD-3 - см. ). Этому току соответствует падение напряжения на диоде около 2,9-3,3 В. В различных партиях диапазоны могут незначительно меняться - это вызвано технологическим разбросом при изготовлении кристалла и отклонением от нормы не является. Нужно учитывать, что использование светодиодов с максимальным рабочим током возможно только при наличии качественного теплоотвода избыточной площади. В противном случае желательно ограничить ток до 300 миллиампер. Нужно отметить, что такой ток является для светодиодов оптимальным и обеспечивает наилучший КПД. Падение светового потока при снижении рабочего тока на 10% - около 3-5% , но при этом продолжительность жизни светодиодного кристалла увеличивается на порядок. Фактически, при соблюдении оптимальных режимов работы светодиода, срок его жизни ограничен только физическим старением.
В качестве источника питания для светодиодов допустимо использовать любые . Применение источников напряжения допустимо лишь в случае создания значительного запаса по превышению максимального тока. Нужно не забывать, что светодиоды имеют крутую вольт-амперную характеристику, и изменение питающего напряжения на 1 вольт может привести к превышению рабочего тока в два-три раза и, как следствие - к деградации кристалла либо потемнению люминофора. Деградация - радикальное уменьшение светового потока вследствие повреждения кристалла светодиода.
При проектировании допустимо комбинировать группы светодиодов последовательно-параллельно в любых комбинациях. Предпочтительны последовательные комбинации, позволяющие избегать высоких рабочих токов цепи. Необходимость применения проводников увеличенного сечения и вероятность утечек не окупает удобство монтажа. Оптимальный ток цепи - 300-900 мА.
Особенность конструкции белых светодиодов такова, что деградация светового выхода может быть вызвана потемнением люминофора, покрывающего кристалл. Если рабочая температура кристалла продолжительное время превышает оптимальное значение - люминофор под воздействием температуры темнеет и теряет свои функции. Также разрушение и потемнение люминофора способны вызвать прямые солнечные лучи, продолжительное время воздействующие на поверхность светодиода. Еще раз подчеркиваем важность правильного выбора площади радиатора.

Температурный режим работы светильника

Использование светодиодов 3HP в светильниках для освещения помещений не предъявляет особых требований к их конструкции и питанию. При использовании на улице необходимо учитывать следующее:
1. Металлические части светильников под воздействием прямых солнечных лучей и температуры окружающей среды, превышающей 40-45 градусов С, могут нагреваться до +70 градусов. Поэтому желательно вводить в состав источника питания термореле или цепь обратной связи по температуре, располагая датчик на радиаторе светильника.
2. При снижении температуры окружающей среды в зимнее время нужно учитывать, что драйверы светодиодов в большинстве своем выполнены с применением электролитических кондесаторов , имеющих ограничение по использованию при низких температурах. При выборе источника питания это нужно учитывать и подбирать драйверы с соответствующими характеристиками. Если возможно разместить источник питания светильника в помещении - это наилучший вариант.