Diode emitere de lumină: adevăr sau mistificare?
Argumentul cel mai important, condus de susținătorii utilizării lămpilor cu LED, este durata lungă de viață a acestor dispozitive. Se indică cifre foarte impresionante, însă nu se indică modul în care au fost obținute. Rezultatul este o neîncredere a LED-urilor. La urma urmei, pentru a evalua efectul economic al introducerii diodelor emițătoare de lumină, este necesar să se înțeleagă cât de mult suportă lămpile pe baza lor. Să înțelegem asta.
Pe Internet pe site-uri diferite, o versiune "conspirație" este de mers pe jos că durata de viață a unei lampi incandescente convenționale se presupune că este limitată la 1.000 de ore din cauza înțelegerii cartelului a celor mai mari producători de lămpi din anii 1920. Desigur, orice specialist vă va explica că "becul lui Ilie" are o astfel de viață datorită principiului muncii și nimeni nu limitează în mod specific acest termen. Și totuși, o astfel de "teorie a conspirației" are suporterii săi. Ei, probabil, vor fi îngrozit, după ce au învățat, cât timp producătorii de lămpi cu diode luminoase promiteau urmașilor. Firmele puțin cunoscute, fără curtsey inutile, indică faptul că timpul de funcționare al lămpii este de 100 000 de ore. Companiile sunt mai impunător limitate la cifre mai modeste - doar 35.000 de ore. Este posibil să credem aceste date?
Cel mai frecvent utilizat pentru a determina resursele de lucru ale LED-urilor este modelul Arrhenius. În termeni generali, ea descrie nu numai echipamentele de iluminat semiconductoare, ci și multe procese din chimie și biologie. Modelul arată cât de mult reacțiile chimice accelerează, inclusiv procesele de degradare în cristal, pe măsură ce crește temperatura.
unde # 955; 1 - rata de defecțiune la temperatura T1; # 955; 2 - rata de defecțiune la temperatura T2; T1 și T2 - temperatura p-n tranziție, exprimată în grade Kelvin, Ea - energia de activare, exprimată în electron volți (în semiconductori este egală cu lățimea de bandă interzisă), k - constanta Boltzmann egale 8,617x10 -5 eV / K.
Maeștri de extrapolare
Cunoscând lățimea benzii interzise a semiconductorului din care este realizat cristalul și, de asemenea, rata de defecțiune la o temperatură ridicată, este posibil să se determine viteza de defectare la temperatura normală utilizând modelul Arrhenius. Timpul mediu dintre eșecuri este magnitudinea, inversul ratei de eșec.
Un grafic al duratei de viață versus temperatură pentru diferite tipuri de LED produse de Seoul Semiconductor, obținut prin extrapolarea rezultatelor testului la o temperatură ridicată
Un standard internațional unic care să descrie testarea LED-urilor în condiții extreme, cu extrapolare ulterioară a rezultatelor, nu există. Cu toate acestea, în Statele Unite există JEDEC (Joint Electron Engineering Device Council), care dezvoltă standardele JESD. Unii producători de LED-uri, precum Cree, utilizează standardul JESD22 pentru testarea LED-urilor (vezi tabelul). LED-urile sunt testate la curent maxim admis, durata acestor teste este de 1008 ore (42 de zile). Criteriile pentru defectarea LED-ului în toate testele enumerate în tabel sunt: o modificare a tensiunii de bias mai mare de 200 mV, o scădere a fluxului luminos de peste 15%, un scurtcircuit, o întrerupere a circuitului. Dacă se observă cel puțin unul dintre fenomenele de mai sus, LED-ul este considerat necorespunzător.
Unele teste utilizate de Cree pentru a determina fiabilitatea LED-urilor
Desigur, tehnicile moderne vă permit să prezicați cu precizie durata de viață a dispozitivului, dar nimeni nu poate oferi o garanție deplină că teoria și practica vor converg.
Următorii factori influențează durata de viață a LED-ului:
- degradarea cristalului;
- îmbătrânirea fosforului;
- deformări mecanice, solicitări interne în corp etc.
- turbiditatea opticii primare.
Degradarea cristalului
Amintiți-vă că lumina albă cu LED-uri, de regulă, este un cristal care emite o culoare albastră, care este acoperit cu un fosfor. Datorită însumării radiației proprii a cristalului cu emisia de fosfor indusă de acesta, se obține lumină, percepută prin vedere, ca albă.
În ceea ce privește LED-ul, trebuie să se distingă temperatura măsurată în diferite puncte: TB - placă de circuite, TS - substrat, joncțiune TJ - p-n, TA - mediu
Este necesar să se facă distincția între o temperatură maximă de funcționare a LED-ului și a temperaturii p-n joncțiunii maximă admisibilă (dacă într-adevăr a face lucrurile mai ușor, vorbim despre temperatura din interiorul cristalului). Durata de viață a LED-ului este determinată de temperatura joncțiunii p-n. Cu toate acestea, deoarece această temperatură poate fi măsurată numai într-un cadru de laborator, folosind metode sofisticate și scumpe sunt utilizate în proiectarea metodelor matematice de a asocia cu temperatura în diferite puncte ale carcasei cu LED-uri.
Degradarea cristalului duce la o scădere a puterii radiației. Unul dintre motive este creșterea numărului defectelor de cristal. Zonele cristalului, unde apar defectele, nu emit lumină, ci generează căldură.
Un alt motiv este migrarea electrică a materialului din care electrozii sunt sudați de cristal. Cristalul este pătruns de atomi de metal, din care sunt făcuți electrozii, și sparge structura de cristal.
Când cristalul se degradează, curentul de scurgere crește, adică o parte semnificativă a curentului începe să curgă nu prin acele părți ale cristalului care emite lumină. Ca urmare, tensiunea pe LED-uri scade, ceea ce înseamnă că puterea scade.
Rata de degradare a cristalului crește semnificativ atunci când curentul crește peste valoarea nominală și, de asemenea, când crește temperatura. De asemenea, potrivit unor experți, apariția defectelor în rețeaua cristalină poate avea ca rezultat acțiunea electricității statice. Prin urmare, se recomandă instalarea LED-urilor în conformitate cu măsurile standard de protecție împotriva electricității statice.
Degradarea cristalului se manifestă prin scăderea tensiunii pe LED. Această caracteristică este utilizată pentru a opri automat LED-ul defect. Dacă corpul de iluminat are un sistem inteligent de control integrat, acesta va deconecta LED-ul defect și astfel va redistribui curenții în LED-urile rămase astfel încât să nu depășească nivelul maxim admis. În plus față de oprirea automată a LED-urilor defecte, în corpul de iluminat poate fi folosit și un sistem de control adaptiv pentru curent, alimentat de un LED, a cărui poveste este dincolo de scopul acestui articol.
Deși este important să se țină cont de procesul de degradare a cristalului în determinarea resursei LED, degradarea LED-ului este determinată de mulți alți factori.
Degradarea fosforului
Ca și lămpile fluorescente, LED-urile au un fosfor. Acest lucru permite anumitor experți care sunt sceptici în ceea ce privește utilizarea LED-urilor pentru iluminare, pentru a exprima teza că durata de viață a LED-ului nu poate depăși durata de viață a lămpii fluorescente, adică 10.000 ore. Cu toate acestea, o astfel de comparație este incorectă. În primul rând, o contribuție semnificativă la degradarea fosforului în lămpile luminescente este jucată de fenomenul de pulverizare a unei paste care acoperă electrozii. Nu există un astfel de fenomen în LED. În al doilea rând, fosforii complet diferiți, mai scumpi, sunt utilizați în diode emise de lumină. De exemplu, una dintre variantele utilizate pe scară largă a fosforului este granatul galiu-gadoliniu, activat de ceriu. Astfel de fosfor au o durată lungă de viață.
În LED-uri și lămpi fluorescente folosim luminofore complet diferite
În LED, degradarea fosforului este determinată în principal de temperatura. La urma urmei, fosforul este, de obicei, aplicat direct pe cristal, care se încălzește destul de puternic. Ceilalți factori de influență asupra fosforului nu sunt atât de semnificativi.
Degradarea fosforului conduce nu numai la o scădere a luminozității LED-ului, ci și la o schimbare a nuanței luminiscenței sale. Cu o degradare puternică a fosforului, o nuanță albastră de luminiscență este vizibilă. Acest lucru se datorează atât schimbărilor în proprietățile fosforului, cât și faptului că radiația intrinsecă a cristalului începe să domine în spectru.
Daune mecanice
La fabricarea LED-urilor, pot apărea în acestea stresuri interne, care se manifestă ulterior.
Cristalul diodei emise de lumină cu concluzii lipite de acesta și un substrat de îndepărtare a căldurii este inundat cu un material plastic transparent. S-ar putea să se descompună, în cele din urmă, îmbinările de lipit de calitate slabă. Dacă îmbinările sudate ale electrozilor sunt distruse, lanțul se va rupe. În cazul în care conexiunea prin lipire prăbușit cu substratul termic cristal sau chiar au scăzut zona de contact, acest lucru duce la o degradare accelerată a cristalului. Pentru că distrugerea compusului precum fracturarea fire subțiri, ceea ce duce la cristalul poate fi tensiunile interne din plastic. Ele apar ca urmare a unei încălcări a tehnologiei de producție și în timpul funcționării LED-ului la o temperatură care depășește valoarea maximă admisibilă.
Opacitatea optică primară
Optica primară a LED-urilor (adică sistemul optic integrat în LED) este fabricat din plastic sau silicon. Turbiditatea acestor materiale se poate datora acțiunii ultraviolete. În cazul diodelor emise de lumină albă, construite pe baza diodelor emițătoare de lumină ultraviolete acoperite cu un fosfor tri-color, există într-adevăr o astfel de problemă. Dar, în timp ce aceste LED-uri nu sunt utilizate pe scară largă.
Multe tipuri de LED-uri moderne nu au optica primară deloc
În LED-urile albe pe bază de cristale de culoare albastră, turbiditatea optică primară poate fi din nou provocată de o supraîncălzire puternică. Trebuie remarcat faptul că multe tipuri moderne de LED-uri nu au optica primară deloc.
Durata de viață a lămpii
Furnizarea temperaturii LED-urilor (și, în final, a temperaturii joncțiunii p-n) în limitele specificate prin eliminarea căldurii se numește gestionare termică. Managementul termic se referă nu numai la proiectarea radiatorului, ci și la proiectarea întregii incinte. Din nefericire, mulți producători instalează LED-uri în carcasele existente, proiectate inițial pentru lămpi LNaT. Ca urmare, modul de temperatură dorit nu este furnizat.
Împreună cu furnizarea de disipare a căldurii, automatizarea care controlează puterea LED-urilor este importantă. Dacă se constată că LED-urile sunt supraîncălzite și sistemul de răcire nu face față, energia alimentată de LED-uri ar trebui să scadă.
Felinarul EcoWay LL-DKU-02-095-XXXX-65D fabricat de „LiderLayt“ radiator este acoperit de o carcasă specială, pe care îl protejează de murdărie, dar fără a împiedica circulația aerului
Pe lângă controlul temperaturii joncțiunii pn, în corpul de iluminat există încă două noduri care au o influență importantă asupra duratei de viață a întregului dispozitiv: șoferul și optica secundară.
Baza de elemente moderne vă permite să creați drivere cu o durată de viață de 50.000 de ore sau mai mult. De asemenea, este importantă stabilitatea tensiunii de alimentare și a curentului pe care șoferul o dă, precum și rezistența la supratensiuni.
Lentilele optice secundare din corpurile de iluminat cu LED-uri sunt de obicei realizate din plastic, care devine în cele din urmă tulbure. Reflectoarele sunt adesea realizate din plastic acoperit cu un strat subțire de metal. S-ar putea să existe o problemă în ceea ce privește deteriorarea suprafeței metalice. Aceste probleme sunt rezolvate prin utilizarea materialelor moderne, precum și prin etanșarea carcasei lămpii.
LED-uri de overclockare
Din LED-ul, puteți "stoarce" mai mult dacă îl faceți să funcționeze într-un mod care nu este prevăzut în documentație. În unele privințe, seamănă cu "overclocking-ul" calculatoarelor, singura diferență fiind faptul că ele măresc frecvența ceasului, dar curentul trece prin LED. Nu numai entuziaștii care încearcă să înțeleagă limitele capacităților componentelor electronice, dar și unele firme puțin cunoscute din Asia de Sud-Est, sunt implicate în "overclocking" LED-urile.
Este necesar să se facă distincția între două tipuri de "accelerație" a LED-urilor. Primul se datorează supraestimării curentului de funcționare în caracteristicile LED-ului. Există firme mici care se angajează să instaleze un cristal acoperit cu un fosfor, în acest caz. Produsul rezultat este promovat pe piață sub propria sa marcă. Dar același producător de cristale livrează produsele sale la zeci de producători de LED-uri. Cum puteți atunci să depășiți concurenții? Companiile necorespunzătoare urmăresc modul în care documentația specifică o valoare nominală mai mare a curentului care trece prin LED, decât recomandă producătorii de cristale. Ca urmare, luminozitatea LED-ului crește, dar în același timp timpul de funcționare este redus.
A doua metodă este legată de excesul deliberat al producătorului corpului de iluminat al curentului nominal al alimentării cu LED. Ca rezultat, același obiectiv este atins - creșterea luminozității, de această dată a lămpii. Dar timpul de lucru este de asemenea în scădere.
Când LED-urile sunt "overclocked", durata de viață poate fi extinsă prin răcirea mai multor cristale decât în condiții normale de funcționare. Cu toate acestea, trebuie să înțelegem că, chiar dacă furnizarea de modul termic normal de viață a LED-urilor de la „accelerația“ este încă redusă, deoarece una dintre cauzele excesului de curent este degradarea cristalului din valoarea maximă admisă.
Sergey Vaneev, director de vânzări, OOO "LeaderLight Trade"
Durata de viață a corpului de iluminat depinde de următorii factori principali: calitatea LED-urilor în sine (determinată în mare măsură de marca producătorului); puterea nominală a curentului, precum și modul de funcționare a LED-urilor; funcționarea termică a LED-urilor și fiabilitatea șoferului. Fiabilitatea conducătorului auto înseamnă capacitatea acestuia de a suprima supratensiuni în tensiunea de alimentare.
Producătorii de LED-uri indică durata de viață a unui anumit mod de funcționare a LED-urilor. Pentru a vă asigura că LED-urile din produsele noastre vor funcționa în modul termic nominal, vom folosi următoarea metodă: luați selectiv câteva lămpi și le așezați într-o cameră termică. Dacă temperatura ambientală maximă admisă, care este proiectat pentru lampa de lucru, menținut recomandat de producătorul de modul de LED-uri, puteți fi siguri că LED-ul nu va fi supus la căldură și lumină va lucra pentru o lungă perioadă de timp fără reparații. Dacă LED-urile sunt încălzite peste temperatura recomandată, atunci modificăm designul corpului de iluminat. În plus, resursa corpului de iluminat depinde de calitatea sursei de alimentare (șofer). Nu cumpărăm șoferi pe o parte, dar le producem noi înșine.
Compania noastră acordă o mare atenție proiectării chiuvetei. De exemplu, într-un corp de iluminat stradal EcoWay LL-DKU-02-095-XXXX-65D se utilizează un radiator, închis cu o carcasă specială. Designul carcasei asigură circulația aerului, dar în același timp protejează radiatorul împotriva obiectelor străine și a murdăriei.
Trimiteți-le prietenilor: