Vấn đề quá nhiệt của đèn LED chiếu sáng và giải pháp

Khi so sánh với các nguồn sáng mờ nhanh, các nguồn LED chỉ có một, nhưng là một lỗ hổng rất nghiêm trọng. Độ bền và độ tin cậy của chúng phần lớn phụ thuộc vào hiệu quả loại bỏ nhiệt từ các thành phần phát sáng. Do đó, mạch bảo vệ của đèn LED không bị quá nóng là một thành phần quan trọng của bất kỳ hệ thống chiếu sáng LED chất lượng cao nào.

Trung bình đèn led gấp mười lần hiệu quả năng lượng (lợi nhuận) so với bóng đèn truyền thống có dây tóc. Tuy nhiên, nếu đèn LED không được lắp đặt trên bộ tản nhiệt có diện tích đủ, thì rất có thể nó sẽ bị hỏng nhanh chóng. Thông thường người ta chấp nhận, mà không đi sâu vào chi tiết, đèn LED chiếu sáng hiệu quả hơn đòi hỏi tản nhiệt hiệu quả hơn so với đèn thông thường.

Tuy nhiên, chúng ta hãy xem xét vấn đề sâu sắc hơn. Chúng tôi sẽ đánh giá hai đèn: thứ nhất là halogen, thứ hai là LED. Và sau đó - hãy chú ý đến các cách để duy trì độ bền của đèn LED và kéo dài tuổi thọ của trình điều khiển của chúng. Thực tế là phần bảo vệ của hệ thống chiếu sáng LED phải đảm bảo hoạt động an toàn cho cả đèn LED và mạch điều khiển.

Ví dụ, chúng tôi có hai đèn. Cả hai thiết bị đều cung cấp 10 watt năng lượng ánh sáng. Sự khác biệt duy nhất là đèn định vị halogen cần 100 watt năng lượng điện và đèn LED chỉ 30 watt.

Chúng ta biết rằng đèn LED có hiệu quả cao hơn khoảng 10 lần trong ánh sáng được tạo ra, nhưng thực tế chúng rất nhạy cảm với nhiệt độ cao, và do đó chế độ nhiệt độ trong đó việc chuyển đổi năng lượng dòng điện thành ánh sáng là rất quan trọng đối với chúng.

Đối với đèn điện có đèn halogen, nhiệt độ làm việc ngay cả ở +400 ° C là chỉ tiêu an toàn, trong khi đối với đèn LED, nhiệt độ tinh thể +115 ° C đã cực kỳ nguy hiểm và nhiệt độ tối đa của vỏ diode chỉ là +90 ° C. Do đó, đèn LED không được phép quá nóng và có một số lý do cho việc này.

Khi nhiệt độ của quá trình phát sáng tăng lên, hiệu suất ánh sáng của đèn LED giảm và điều này phụ thuộc cả vào thiết kế của đèn LED và trạng thái của môi trường. Hơn nữa, về nguyên tắc, đèn LED khác nhau về hệ số nhiệt độ âm của điện áp rơi trực tiếp trên đường giao nhau. Điều này có nghĩa là với sự gia tăng nhiệt độ chuyển tiếp, điện áp trực tiếp giảm trên nó giảm. Thông thường, hệ số này thay đổi từ -3 đến m6 mV / K

Do đó, nếu ở 25 ° C, điện áp rơi trực tiếp trên đèn LED là 3,3 V, thì ở 75 ° C, nó sẽ ở mức 3 volt trở xuống. Và nếu trình điều khiển LED không làm giảm điện áp ở tất cả các đèn LED lắp ráp khi nhiệt độ tăng, thì tại một thời điểm tốt, dòng điện sẽ được duy trì ở mức cao không đủ, dẫn đến quá nhiệt, quá tải, giảm thêm điện áp trực tiếp và nhiệt độ tinh thể tăng nhanh hơn nữa. Đèn LED giá rẻ với giới hạn dòng điện trở thường cho thấy nhược điểm này vào thời điểm bất ngờ nhất.

Dung sai cho sự dao động điện áp của nguồn cung cấp kết hợp với sự khác biệt về sụt áp trực tiếp trên đèn LED (ở giai đoạn sản xuất, đèn LED không giống nhau về mặt thông số này) và do hệ số giảm nhiệt độ âm - bất cứ lúc nào, các yếu tố này có thể gây ra vi phạm an toàn Chế độ hoạt động LED và kích thích tự lăn.

Tất nhiên, nếu thiết kế của đèn LED (đặc biệt là bộ tản nhiệt) đủ đáng tin cậy, thì có thể bỏ qua việc giảm độ sáng trong thời gian ngắn, vì chúng rất hiếm và những quá nhiệt này là ngắn hạn. Nhưng nếu quá nóng liên tục, thì nhiệt độ tăng ngay lập tức biến thành mối đe dọa thực sự đối với đèn.

Những lý do cho sự thất bại của đèn LED khi chúng quá nóng

Đèn LED bị phá hủy do quá nóng vì nhiều lý do. Lý do đầu tiên là sự thay đổi ứng suất cơ học bên trong tinh thể phát sáng và cụm đèn LED nguyên khối. Thứ hai là vi phạm độ kín, độ ẩm thâm nhập và oxy hóa. Lớp epoxy bảo vệ xuống cấp, sự phân tách xảy ra tại các ranh giới và các tiếp xúc tinh thể trải qua sự ăn mòn.

Thứ ba, sự gia tăng số lượng trật khớp trong tinh thể dẫn đến sự thay đổi trong đường dẫn hiện tại và sự xuất hiện của các điểm có mật độ dòng điện dư thừa và do đó, quá nóng các điểm này. Cuối cùng - hiện tượng khuếch tán kim loại ở các điểm tiếp xúc ở nhiệt độ cao, cuối cùng cũng dẫn đến sự không hoạt động của đèn LED.

Các nhà phát triển LED đang cố gắng hết sức để giảm thiểu các yếu tố thất bại này, và do đó, tất cả thời gian họ đang cải thiện công nghệ sản xuất. Tuy nhiên, vì quá nóng, thất bại vẫn không thể tránh khỏi, mặc dù chúng trở nên ít phổ biến hơn với sự cải tiến của quy trình sản xuất.

Áp suất cơ học là nguyên nhân phổ biến nhất gây ra sự thất bại sớm của đèn LED. Điểm mấu chốt là khi quá nóng, chất trám mềm, các tiếp điểm điện và dây dẫn kết nối bị dịch chuyển khỏi vị trí nhà máy của nhà máy, và khi nhiệt độ cuối cùng giảm xuống, quá trình làm mát diễn ra và chất bịt kín lại, nhưng đồng thời nhấn vào các kết nối đã bị dịch chuyển một chút, cuối cùng dẫn đến một sự vi phạm rõ ràng về độ dẫn đồng đều ban đầu. May mắn thay, đèn LED được làm mà không có dây dẫn kết nối thực tế không có nhược điểm này.

Mối nối được hàn giữa đèn LED và đế cũng gặp vấn đề tương tự. Chu kỳ thường xuyên, vô hình trước mắt, kết thúc mềm và cứng với sự xuất hiện của các vết nứt trong người bán và vi phạm tiếp xúc ban đầu. Đó là lý do tại sao các lỗi LED xảy ra do một mạch mở và khoảng cách này thường không nhìn thấy được. Để ngăn chặn vấn đề này, bạn có thể giảm thiểu chênh lệch giữa nhiệt độ hoạt động an toàn của đèn LED và nhiệt độ môi trường.

Đèn LED mạnh mẽ (tiêu thụ nhiều năng lượng điện hơn) cho nhiều ánh sáng hơn, nhưng sản lượng ánh sáng của chúng vẫn bị hạn chế. Đó là lý do tại sao người tiêu dùng và nhà sản xuất thường có một sự cám dỗ nguy hiểm để vận hành đèn LED trong đèn ở công suất tối đa để có được độ sáng tối đa có thể. Nhưng nó thực sự nguy hiểm nếu bạn không cung cấp đủ hiệu quả làm mát.

Tất nhiên, các nhà thiết kế muốn tạo ra các đồ đạc trang nhã có hình dạng thú vị, nhưng đôi khi họ quên rằng cần phải đảm bảo chuyển động không khí đầy đủ và tản nhiệt đầy đủ - đây thường là điều quan trọng nhất đối với đèn LED, theo nguồn năng lượng ổn định và chất lượng cao.

Có, và việc cài đặt trực tiếp đèn LED là rất quan trọng. Nếu một đèn được lắp đặt phía trên đèn kia là mạnh mẽ, thì luồng không khí từ đèn dưới có thể bị làm chậm bởi đèn phía trên và do đó đèn dưới sẽ ở trong điều kiện nhiệt độ tồi tệ hơn. Hoặc, ví dụ, cách nhiệt trong tường hoặc trên trần phòng có thể cản trở sự tản nhiệt, ngay cả khi trong quá trình thiết kế đèn, tất cả các tính toán nhiệt được thực hiện hoàn hảo và về mặt công nghệ, nó được thực hiện chính xác nhất có thể. Tất cả đều giống nhau, xác suất thất bại tăng đơn giản là do phát ban và cài đặt thành phẩm không biết chữ.

Một trong những giải pháp xứng đáng cho vấn đề quá nhiệt của đèn LED là bao gồm bảo vệ nhiệt độ trong mạch điều khiển với phản hồi chính xác theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ của bộ phát vì lý do nào đó tăng lên một cách nguy hiểm - để giảm công suất, để duy trì nhiệt độ trong phạm vi an toàn, dòng điện sẽ tự động giảm.

Giải pháp đơn giản nhất là thêm vào lược đồ. nhiệt độ dương hệ số nhiệt điện trở (Có thể với hệ số nhiệt độ âm, nhưng sau đó mạch sẽ đảo ngược tín hiệu trong mạch phản hồi).

Ví dụ bảo vệ nhiệt điện trở

Ví dụ, hãy xem xét một mạch dựa trên một vi điều khiển chuyên dụng với mạch giới hạn dòng điện. Khi nhiệt độ tăng trên một ngưỡng nhất định (được đặt bởi một nhiệt điện trở và điện trở), một nhiệt điện trở có hệ số điện trở dương, được gắn trên tản nhiệt cùng với đèn LED, làm tăng điện trở của nó, dẫn đến giảm dòng điện tương ứng trong mạch đầu ra của trình điều khiển.

Về vấn đề này, mạch điều khiển với điều khiển độ sáng rất thuận tiện PWM (điều chế độ rộng xung), cho phép điều khiển độ sáng thủ công và thủ công và bảo vệ đèn LED khỏi quá nóng.

Một giải pháp với nhiệt điện trở thuận tiện trong việc thay đổi dòng điện, và do đó giảm độ sáng, sẽ xảy ra trong sơ đồ như vậy một cách trơn tru, vô hình đối với mắt và hệ thần kinh, có nghĩa là không có gì sẽ nhấp nháy và sẽ không gây kích ứng cho người và động vật xung quanh. Nhiệt độ của giới hạn trên được xác định đơn giản bằng cách chọn nhiệt điện trở và điện trở. Điều này tốt hơn nhiều so với các giải pháp có cảm biến nhiệt độ, chỉ cần mở mạnh mạch và đợi cho đến khi bộ tản nhiệt nguội đi, sau đó bật lại ánh sáng ở độ sáng tối đa.

Chuyên ngành Chip điều khiển LED, tất nhiên, tốn tiền, nhưng độ tin cậy và độ bền của đèn thu được sẽ liên tục trả cho khoản đầu tư này.

Điều đáng ghi nhớ là, tùy thuộc vào điều kiện nhiệt độ hoạt động bình thường của đèn LED, tuổi thọ của chúng được đo trong hàng chục nghìn giờ, sau đó các câu hỏi liên quan đến chi phí vật liệu của trình điều khiển chính xác đã biến mất.

Điều quan trọng là chỉ cung cấp cho người lái nhiệt độ thấp không đổi, vì điều này bạn không cần đặt nó gần với bộ tản nhiệt của đèn LED. Làm sai những người cố gắng niêm phong vị trí của các thành phần bên trong máy chiếu. Nó là tốt hơn để hiển thị nhà ở trình điều khiển như là một đơn vị riêng biệt. Ở đây, sự an toàn và cẩn trọng là chìa khóa cho độ bền của đèn LED.

Các vi mạch tốt nhất để quản lý năng lượng của đèn LED được trang bị các mạch bên trong để bảo vệ chống quá nhiệt của chúng trong trường hợp microcircuit, vì lý do thiết kế của nhà phát triển đèn, tuy nhiên nên được đặt trong cùng một vỏ với các bộ phận làm nóng đáng chú ý, chẳng hạn như bộ tản nhiệt. Nhưng tốt hơn hết là không cho phép microcircuit quá nóng trên 70 ° C và trang bị cho nó bộ tản nhiệt riêng. Sau đó, cả đèn LED và microcircuit sẽ sống lâu hơn.

Một giải pháp sử dụng hai nhiệt kế nối tiếp trong mạch bảo vệ nhiệt có thể rất thú vị. Đây sẽ là các nhiệt điện khác nhau, vì các giới hạn nhiệt độ an toàn cho vi mạch và cho đèn LED là khác nhau. Nhưng kết quả sẽ đạt được những gì cần thiết - kiểm soát độ sáng mượt mà cả khi người lái quá nóng và khi đèn LED quá nóng.