ปัญหาความร้อนสูงเกินไปของไฟ LED และวิธีแก้ไข

เมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งกำเนิดแสงที่ซีดจางอย่างรวดเร็วแหล่ง LED มีเพียงแหล่งเดียว แต่เป็นข้อบกพร่องที่ร้ายแรงมาก ความทนทานและความน่าเชื่อถือของพวกเขาส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของการกำจัดความร้อนจากส่วนประกอบเปล่งแสง ดังนั้นวงจรป้องกันของ LED จากความร้อนสูงเกินไปเป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบไฟ LED คุณภาพสูง

ค่าเฉลี่ย แสงนำ ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (ความสามารถในการทำกำไร) ที่เหนือกว่าสิบเท่าสำหรับหลอดไฟแบบดั้งเดิมที่มีไส้หลอด อย่างไรก็ตามหาก LED ไม่ได้ติดตั้งบนหม้อน้ำในพื้นที่เพียงพอก็จะเกิดความล้มเหลวอย่างรวดเร็ว เป็นที่ยอมรับกันทั่วไปโดยไม่ต้องลงรายละเอียดว่าไฟ LED ส่องสว่างที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นนั้นต้องการการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพมากกว่าหลอดไฟทั่วไป

ให้เราตรวจสอบปัญหาอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น เราจะประเมินหลอดสองหลอดหลอดแรกคือหลอดฮาโลเจนหลอดที่สองคือหลอด LED และหลังจากนั้น - มาดูวิธีการรักษาความทนทานของไฟ LED และยืดอายุการใช้งานของไดรเวอร์ ความจริงก็คือส่วนการป้องกันของระบบไฟ LED ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าการทำงานที่ปลอดภัยของไฟ LED และวงจรขับ

ตัวอย่างเช่นเรามีไฟสองดวง อุปกรณ์ทั้งสองนี้ให้พลังงานแสง 10 วัตต์ ข้อแตกต่างคือสปอตไลต์ฮาโลเจนต้องการพลังงานไฟฟ้า 100 วัตต์และ LED เพียง 30 วัตต์

เรารู้ว่าไฟ LED นั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าในการผลิตแสงประมาณ 10 เท่า แต่ในความเป็นจริงพวกมันมีความไวต่ออุณหภูมิสูงเป็นอย่างมากดังนั้นระบอบอุณหภูมิที่มีการเปลี่ยนพลังงานกระแสไฟฟ้าเป็นพลังงานแสงมีความสำคัญมากสำหรับพวกมัน

สำหรับโคมไฟที่มีหลอดฮาโลเจนอุณหภูมิในการทำงานแม้ที่ + 400 ° C เป็นมาตรฐานที่ปลอดภัยในขณะที่สำหรับหลอดไฟ LED, อุณหภูมิคริสตัลที่ +115 ° C เป็นอันตรายอย่างยิ่งและอุณหภูมิสูงสุดของกรณีไดโอดเพียง +90 ° C ดังนั้นไฟ LED จะต้องไม่ได้รับอนุญาตให้มีความร้อนสูงเกินไปและมีเหตุผลหลายประการสำหรับเรื่องนี้

ด้วยการเพิ่มอุณหภูมิของการเปลี่ยนเปล่งแสงประสิทธิภาพแสงของ LED จะลดลงและสิ่งนี้ขึ้นอยู่กับการออกแบบของ LED และสถานะของสภาพแวดล้อม นอกจากนี้โดยทั่วไปแล้ว LED มีความแตกต่างในค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบของการลดลงของแรงดันไฟฟ้าตรงข้ามทางแยก ซึ่งหมายความว่าเมื่ออุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านเพิ่มขึ้นแรงดันไฟฟ้าตกโดยตรงจะลดลง โดยทั่วไปค่าสัมประสิทธิ์นี้จะอยู่ระหว่าง -3 ถึง -6 mV / K

ดังนั้นหากที่ 25 ° C แรงดันไฟฟ้าตกโดยตรงข้าม LED เท่ากับ 3.3 V ดังนั้นที่ 75 ° C มันจะมีค่าน้อยกว่า 3 โวลต์ และถ้าไดรเวอร์ LED ไม่ลดแรงดันไฟฟ้าที่แอสเซมบลีแอสเซมบลีทั้งหมดขณะที่อุณหภูมิสูงขึ้นดังนั้นเมื่อถึงเวลาหนึ่งกระแสไฟจะยังคงอยู่ในระดับสูงซึ่งจะนำไปสู่ความร้อนสูงเกินไป, โอเวอร์โหลด, แรงดันไฟฟ้าลดลงโดยตรง หลอดไฟ LED ราคาถูกที่มีข้อ จำกัด กระแสทานทานมักแสดงข้อเสียนี้ในช่วงเวลาที่ไม่คาดคิดที่สุด

ความคลาดเคลื่อนของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟรวมกับความแตกต่างของแรงดันตกโดยตรงบน LED (ในขั้นตอนการผลิตไฟ LED ไม่เหมือนกันสำหรับพารามิเตอร์นี้) และเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบของแรงดันตก - ตลอดเวลาปัจจัยเหล่านี้เข้าด้วยกัน โหมดการทำงานของ LED และกระตุ้นการเลื่อนเพื่อการทำลายตนเอง

แน่นอนถ้าการออกแบบของหลอดไฟ LED (โดยเฉพาะหม้อน้ำ) มีความน่าเชื่อถือเพียงพอความสว่างในระยะสั้นอาจถูกมองข้ามเพราะมันหายากมากและความร้อนสูงเกินไปในระยะสั้น แต่ถ้าความร้อนสูงเกินไปอย่างต่อเนื่องอุณหภูมิสูงขึ้นทันทีจะกลายเป็นภัยคุกคามที่แท้จริงต่อหลอดไฟ

สาเหตุของไฟ LED ล้มเหลวเมื่อมีความร้อนสูงเกินไป

ไฟ LED ถูกทำลายโดยความร้อนสูงเกินไปด้วยเหตุผลหลายประการ เหตุผลแรกคือการเปลี่ยนแปลงของความเค้นเชิงกลภายในคริสตัลเปล่งแสงและแอสเซมบลีเสาหิน LED ประการที่สองคือการละเมิดความหนาแน่นเจาะความชื้นและออกซิเดชัน ชั้นอีพอกซีป้องกันจะสลายตัวการแยกเกิดขึ้นที่ขอบและหน้าสัมผัสของคริสตัลจะเกิดการกัดกร่อน

ประการที่สามการเพิ่มจำนวนความคลาดเคลื่อนในคริสตัลนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในเส้นทางปัจจุบันและการปรากฏตัวของจุดที่มีความหนาแน่นกระแสเกินและทำให้เกิดความร้อนสูงเกินในจุดเหล่านี้ ในที่สุด - ปรากฏการณ์ของการแพร่กระจายของโลหะที่หน้าสัมผัสที่อุณหภูมิสูงซึ่งท้ายที่สุดก็นำไปสู่ความไม่สามารถใช้งานได้ของ LED

นักพัฒนา LED พยายามอย่างดีที่สุดเพื่อลดปัจจัยความล้มเหลวเหล่านี้และดังนั้นตลอดเวลาที่พวกเขากำลังปรับปรุงกระบวนการผลิตทางเทคโนโลยี อย่างไรก็ตามเนื่องจากความร้อนสูงเกินไปความล้มเหลวก็ยังคงหลีกเลี่ยงไม่ได้แม้ว่าจะพบได้น้อยกว่ากับการปรับปรุงกระบวนการผลิต

แรงดันเชิงกลเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของ LED ที่ล้มเหลวก่อนเวลาอันควร บรรทัดล่างคือเมื่อความร้อนสูงเกินไปสารผนึกจะอ่อนตัวลงหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าและตัวนำเชื่อมต่อจะถูกแทนที่จากตำแหน่ง“ โรงงาน” และเมื่ออุณหภูมิลดลงในที่สุดการระบายความร้อนจะเกิดขึ้นและสารผนึกจะแข็งตัวอีกครั้ง นำไปสู่การละเมิดที่ชัดเจนของการนำสม่ำเสมอเริ่มต้น โชคดีที่ไฟ LED ที่ผลิตโดยไม่ต้องต่อตัวนำถูกนำไปใช้งานจริงโดยปราศจากข้อเสียเปรียบนี้

ข้อต่อบัดกรีระหว่าง LED และวัสดุพิมพ์ก็ประสบปัญหาคล้ายกัน รอบปกติ, มองไม่เห็นตา, อ่อนและแข็งสิ้นสุดด้วยลักษณะของรอยแตกในทหารและการละเมิดของการติดต่อครั้งแรก นั่นคือสาเหตุที่ความล้มเหลวของไฟ LED เกิดขึ้นเนื่องจากวงจรเปิดและช่องว่างนี้มักจะมองไม่เห็น เพื่อป้องกันปัญหานี้คุณสามารถลดความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิการทำงานที่ปลอดภัยของ LED และอุณหภูมิโดยรอบ

LED ที่มีประสิทธิภาพ (ใช้พลังงานไฟฟ้ามากขึ้น) ให้แสงมากกว่า แต่แสงที่ออกยังคงมีอยู่ จำกัด นั่นคือเหตุผลที่ผู้บริโภคและผู้ผลิตมักจะมีสิ่งล่อใจที่อันตรายในการใช้งานไฟ LED ในหลอดไฟให้เต็มกำลังไฟเพื่อให้ได้ความสว่างสูงสุดที่เป็นไปได้ แต่มันอันตรายจริงๆถ้าคุณให้ความเย็นที่มีประสิทธิภาพไม่พอ

แน่นอนว่านักออกแบบต้องการสร้างรูปทรงที่น่าสนใจ แต่บางครั้งพวกเขาก็ลืมไปว่ามันเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่ามีการหมุนเวียนของอากาศที่เพียงพอและการระบายความร้อนที่เพียงพอ - นี่เป็นสิ่งสำคัญที่สุดสำหรับ LED ตามแหล่งพลังงานที่เสถียรและคุณภาพสูง

ใช่และการติดตั้งไฟ LED โดยตรงเป็นสิ่งสำคัญ หากหลอดไฟหนึ่งหลอดติดตั้งเหนือหลอดอื่น ๆ ที่ทรงพลังการไหลของอากาศจากหลอดไฟด้านล่างจะช้าลงโดยหลอดไฟบนและหลอดไฟล่างจะอยู่ในสภาพที่แย่ลง หรือตัวอย่างเช่นฉนวนกันความร้อนในผนังหรือบนเพดานของห้องสามารถรบกวนการกระจายความร้อนแม้ว่าในระหว่างการออกแบบโคมไฟการคำนวณความร้อนทั้งหมดได้ดำเนินการอย่างสมบูรณ์แบบและมีเทคโนโลยีที่ถูกต้องที่สุด ในทำนองเดียวกันความน่าจะเป็นที่จะเกิดความล้มเหลวเพิ่มขึ้นเพียงเพราะผื่นและการไม่รู้หนังสือติดตั้งผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

หนึ่งในวิธีการแก้ปัญหาที่มีค่าสำหรับปัญหาความร้อนสูงเกินไปของไฟ LED คือการรวมการป้องกันอุณหภูมิในวงจรคนขับที่มีข้อเสนอแนะโดยอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิของหม้อน้ำด้วยเหตุผลบางอย่างเพิ่มขึ้นอย่างเป็นอันตราย - เพื่อลดพลังงานเพื่อรักษาอุณหภูมิภายในช่วงที่ปลอดภัยกระแสจะลดลงโดยอัตโนมัติ

ทางออกที่ง่ายที่สุดคือการเพิ่มสคีมา เทอร์มิสเตอร์สัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก (เป็นไปได้ด้วยค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบ แต่จากนั้นวงจรควรกลับสัญญาณในวงจรข้อเสนอแนะ)

ตัวอย่างการป้องกันความร้อนโดยใช้เทอร์มิสเตอร์

ตัวอย่างเช่นพิจารณาวงจรที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์เฉพาะที่มีวงจร จำกัด กระแส เมื่ออุณหภูมิสูงกว่าระดับที่กำหนด (กำหนดโดยเทอร์มิสเตอร์และตัวต้านทาน) เทอร์มิสเตอร์ที่มีสัมประสิทธิ์ความต้านทานเป็นบวกติดตั้งบนฮีทซิงค์พร้อมไฟ LED เพิ่มความต้านทานของมันซึ่งนำไปสู่การลดลงที่สอดคล้องกัน

ในเรื่องนี้วงจรขับพร้อมการควบคุมความสว่างนั้นสะดวกมาก บนหลักการของ PWM (การปรับความกว้างพัลส์) ซึ่งช่วยให้คุณปรับความสว่างได้พร้อมกันและแบบแมนนวลและป้องกันไฟ LED จากความร้อนสูงเกินไป

วิธีแก้ปัญหาด้วยเทอร์มิสเตอร์จะสะดวกในการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันและด้วยเหตุนี้การลดลงของความสว่างจะเกิดขึ้นในโครงการดังกล่าวได้อย่างราบรื่นมองไม่เห็นตาและระบบประสาทซึ่งหมายความว่าไม่มีอะไรจะสั่นไหวและไม่ทำให้คน อุณหภูมิของขีด จำกัด บนถูกกำหนดโดยเพียงเลือกเทอร์มิสเตอร์และตัวต้านทาน สิ่งนี้ดีกว่าการแก้ปัญหาด้วยเซ็นเซอร์ความร้อนซึ่งเปิดวงจรอย่างรวดเร็วและรอจนกระทั่งหม้อน้ำเย็นลงแล้วเปิดไฟอีกครั้งด้วยความสว่างเต็มที่

เฉพาะ ชิปขับ LEDแน่นอนเงินค่าใช้จ่าย แต่ความน่าเชื่อถือและความทนทานของโคมไฟที่ได้รับในทางกลับกันจะจ่ายซ้ำสำหรับการลงทุนนี้

เป็นที่น่าจดจำว่าภายใต้สภาวะอุณหภูมิปกติของการทำงานของหลอด LED อายุการใช้งานจะถูกวัดในหมื่นชั่วโมงจากนั้นคำถามเกี่ยวกับต้นทุนวัสดุของไดรเวอร์ "ถูกต้อง" จะหายไปเอง

มันเป็นสิ่งสำคัญเพียงเพื่อให้คนขับมีอุณหภูมิต่ำคงที่สำหรับสิ่งนี้คุณเพียงแค่ไม่จำเป็นต้องวางไว้ใกล้กับหม้อน้ำของไฟ LED ทำสิ่งที่ผิดพลาดกับผู้ที่พยายามปิดผนึกตำแหน่งของส่วนประกอบภายในโปรเจคเตอร์ มันจะดีกว่าที่จะแสดงที่อยู่อาศัยของไดรเวอร์เป็นหน่วยแยก ที่นี่ความปลอดภัยและความรอบคอบเป็นกุญแจสำคัญในความทนทานของไฟ LED

Microcircuits ที่ดีที่สุดสำหรับการจัดการพลังงานของ LED มีการติดตั้งวงจรภายในเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปในกรณีที่ microcircuit เพื่อเหตุผลด้านการออกแบบของผู้พัฒนาโคมไฟควรตั้งอยู่ในที่อยู่อาศัยเดียวกันกับส่วนประกอบความร้อนที่เห็นได้ชัดเช่นหม้อน้ำ แต่จะดีกว่าที่จะไม่ปล่อยให้ไมโครเซอร์กิตร้อนเกินกว่า 70 ° C และติดตั้งหม้อน้ำของตัวเอง จากนั้นทั้ง LED และวงจรไมโครไดรเวอร์จะมีอายุการใช้งานนานขึ้น

วิธีการแก้ปัญหาโดยใช้เทอร์มิสเตอร์ชนิดเชื่อมต่อสองชุดในวงจรป้องกันความร้อนอาจน่าสนใจ สิ่งเหล่านี้จะเป็นเทอร์มิสเตอร์ชนิดต่าง ๆ เนื่องจากขีด จำกัด อุณหภูมิที่ปลอดภัยสำหรับ microcircuit และสำหรับ LED ต่างกัน แต่ผลลัพธ์จะได้สิ่งที่ต้องการ - การควบคุมความสว่างที่ราบรื่นทั้งเมื่อผู้ขับขี่มีความร้อนสูงเกินไปและเมื่อไฟ LED ร้อนเกินไป