Как уменьшить нагрев светодиодных ламп
Перейти к содержимому

Как уменьшить нагрев светодиодных ламп

  • автор:

Проблема перегрева осветительных светодиодов и пути ее решения

Если сравнивать со стремительно уходящими в прошлое источниками света, то светодиодные источники имеют всего один, но крайне серьезный изъян. Их долговечность и надежность в значительной степени зависят от эффективности отвода тепла от излучающих свет компонентов. Поэтому схема защиты светодиода от перегрева — важная составная часть любой качественной светодиодной системы освещения.

Среднестатистический осветительный светодиод десятикратно превосходит по энергоэффективности (экономичности) традиционную лампочку с нитью накаливания. Однако, если светодиод не установить на радиатор достаточной площади, то он скорее всего быстро выйдет из строя. Принято считать, не вдаваясь в подробности, что более эффективные осветительные светодиоды нуждаются в более эффективном отводе тепла чем обычные.

Давайте, тем не менее, рассмотрим проблему более глубоко. Оценим два фонаря: первый — галогенный, второй — светодиодный. И уже после — обратим внимание на способы сохранения долговечности светодиодов и продления жизни их драйверам. Дело в том, что защитная часть светодиодной системы освещения должна обеспечить безопасное функционирование как светодиодам, так и схемам — драйверам.

К примеру у нас имеется два фонаря. Оба устройства дают по 10 Вт световой мощности. Разница лишь в том, что прожектор на галогенной лампе требует 100 Вт электрической мощности, а светодиод — всего 30 Вт.

Мы знаем, что светодиоды эффективнее по производимому свету примерно в 10 раз, но в реальности они крайне чувствительны к высоким температурам, и для них поэтому очень важен температурный режим, при котором происходит преобразование энергии электрического тока — в свет.

Светодиодный светильник мощностью 30 Вт

Для светильника с галогенной лампой рабочая температура даже в +400 °C является безопасной нормой, в то время как для светодиодов температура кристалла в +115 °C уже критически опасна, а максимальная температура корпуса диода составляет всего +90 °C. Поэтому светодиоду нельзя давать перегреваться, и на то есть несколько причин.

С повышением температуры светоизлучающего перехода, световая эффективность светодиода понижается, и это зависит как от конструкции светодиода, так и от состояния окружающей среды. К тому же светодиоды в принципе отличаются отрицательным температурным коэффициентом прямого падения напряжения на переходе. Это значит, что с увеличением температуры перехода, прямое падение напряжения на нем уменьшается. Обычно данный коэффициент варьируется от -3 до -6 мВ/К.

Таким образом, если при 25 °C прямое падение напряжения на светодиоде составляет 3,3 В, то при 75 °C оно будет уже 3 или менее вольт. И если драйвер светодиода не уменьшает по мере роста температуры напряжение на всех светодиодах сборки, то в один прекрасный момент ток станет поддерживаться неадекватно высоким, что приведет к перегреву, перегрузке, дальнейшему снижению прямого падения напряжения, и еще более быстрому нарастанию температуры кристалла. Дешевые светодиодные светильники с резистивным ограничением тока часто проявляют данный недостаток в самый неожиданный момент.

Допуски по колебаниям напряжения блока питания в сочетании с различиями в прямом падении напряжения на светодиоде (на этапе производства светодиоды не идеально одинаковы по данному параметру), и в связи с отрицательным температурным коэффициентом падения напряжения — в любой момент эти факторы в совокупности могут вызвать нарушение безопасного режима функционирования светодиода и спровоцировать скатывание к его саморазрушению.

Конечно, если конструкция светодиодного светильника (особенно — радиатора) достаточно надежна, то кратковременными снижениями яркости можно пренебречь, так как они очень редки и перегревы эти кратковременны. Но если перегрев продолжителен, то превышение температуры сразу превращается в настоящую угрозу для светильника.

Мощный светодиод на радиаторе

Причины выхода светодиодов из строя при их перегреве

Светодиоды разрушаются от перегрева по нескольким причинам. Первая причина — изменение механического напряжения внутри светоизлучающего кристалла и монолитной светодиодной сборки. Вторая — нарушение герметичности, проникновение влаги и окисление. Защитный эпоксидный слой деградирует, происходит расслоение на границах, контакты кристалла испытывают коррозию.

Третья — рост количества дислокаций в кристалле ведет к изменению путей тока и возникновению точек превышения плотности тока и, соответственно, к перегреву этих точек. Наконец — явление диффузии металлов на контактах при повышенной температуре, что также в конце концов приводит к неработоспособности светодиода.

Разработчики светодиодов всеми силами пытаются свести к минимуму данные факторы отказа, и поэтому все время технологически совершенствуют производственный процесс. Тем не менее из-за перегрева отказы все равно неизбежны, хотя и становятся реже с совершенствованием производственного процесса.

Нагрев светодиодов

Механическое давление — самая частая причина преждевременного выхода светодиодов из строя. Суть в том, что при перегреве герметик размягчается, электрические контакты и соединительные проводники смещаются от «заводского» положения, а когда температура наконец падает, происходит охлаждение, и герметизирующее вещество вновь застывает, но при этом давит на уже немного смещенные соединения, что в итоге приводит к явному нарушению первоначально равномерной проводимости. Благо, светодиоды изготовленные без соединительных проводников практически лишены данного недостатка.

Паяные соединения между светодиодом и подложкой также испытывают похожую проблему. Регулярные циклические, не заметные на глаз, размягчения и затвердевания заканчиваются появлением трещин в пайках и нарушением исходного контакта. Вот почему встречаются отказы светодиодов по причине разрыва цепи питания, причем разрыв этот часто не виден. Чтобы предотвратить данную проблему, можно максимально уменьшить разницу между безопасной рабочей температурой светодиода и температурой окружающей среды.

Мощные светодиоды (потребляющие больше электрической мощности) дают больше света, но их световая отдача все же имеет ограничение. Вот почему у потребителей и производителей часто возникает опасный соблазн эксплуатировать светодиоды в светильнике на полную мощность, дабы получить максимально возможную яркость. Но это действительно опасно, если не обеспечить достаточно эффективного охлаждения.

Разумеется, дизайнеры хотят создавать элегантные светильники интересных форм, однако они порой забывают что необходимо обязательно обеспечить соответствующее движение воздуха и адекватный отвод тепла — это для светодиодов зачастую самое главное, следующее за стабилизированным и качественным источником питания.

Да и непосредственно установка светодиодных светильников важна. Если один светильник установлен над другим таким же мощным, то поток воздуха от нижнего светильника может быть замедлен верхним, и нижний будет находиться поэтому в худших температурных условиях. Либо например теплоизоляция в стене или на потолке помещения может помешать теплоотводу, даже если при конструировании светильника все тепловые расчеты были выполнены идеально и технологически он изготовлен максимально правильно. Все равно вероятность отказа повышается просто из-за необдуманного и неграмотного монтажа готового изделия.

Одно из достойных решений проблемы перегрева светодиодов — включение в схему драйвера температурной защиты с обратной связью именно по температуре. Когда температура излучателя по какой-нибудь причине опасно повысилась — для понижения мощности, с целью удержания температуры внутри безопасного диапазона, автоматически уменьшается ток.

Простейшее решение — добавить в схему термистор с положительным температурным коэффициентом (можно и с отрицательным температурным коэффициентом, но тогда схема должна инвертировать сигнал в цепи обратной связи).

Пример термической защиты с использованием термистора

Для примера рассмотрим схему на базе специализированного микроконтроллера с токоограничительной цепью. Когда температура поднимается выше определенного порога (задается термистором и резисторами), термистор с положительным коэффициентом сопротивления, закрепленный на радиаторе вместе со светодиодами, увеличивает свое сопротивление, что приводит к соответствующему уменьшению тока в выходной цепи драйвера.

В этом плане очень удобны схемы драйверов с регулировкой яркости по принципу ШИМ (широтно-импульсной модуляции), позволяющие одновременно и вручную регулировать яркость, и защищать светодиоды от перегрева.

Пример термической защиты с использованием термистора

Решение с термистором удобно тем, что изменение тока, а значит и уменьшение яркости, будет в такой схеме происходить плавно, незаметно для глаз и нервной системы, а значит ничего не будет мерцать и не вызовет у окружающих людей и животных раздражения. Температура верхней границы просто определяется выбором термистора и резистора. Это гораздо лучше решений с термодатчиками, которые просто резко размыкают цепь и дожидаются пока радиатор остынет, а потом снова включают освещение на полную яркость.

Специализированные микросхемы-драйверы светодиодов, безусловно, стоят денег, однако получаемые взамен надежность и долговечность работы светильника многократно окупят это вложение.

Стоит лишь вспомнить, что при соблюдении нормального температурного режима эксплуатации светодиодов их срок службы измеряется десятками тысяч часов, тогда и вопросы касательно материальных затрат на «правильный» драйвер отпадают сами собой.

Важно лишь обеспечить самому драйверу постоянную невысокую температуру, для этого всего лишь не нужно размещать его близко к радиатору светодиодов. Не правильно делают те, кто донельзя стремится уплотнить размещение компонентов внутри корпуса прожектора. Лучше вывести корпус драйвера отдельным блоком. Здесь безопасность и предусмотрительность — залог долговечности светодиодов.

Лучшие микросхемы для управления питанием светодиодов оснащены внутренними цепями защиты от собственного перегрева на тот случай если микросхема по конструктивным соображениям разработчика светильника все же должна размещаться в одном корпусе с заметно нагревающимися компонентами, такими как радиатор. Но лучше вообще не допускать перегрева микросхемы выше 70 °C и оснастить ее собственным радиатором. Тогда и светодиоды и микросхема драйвера проживут дольше.

Зависимость тока светодиода от температуры радиатора

Интересным может оказаться решение с применением двух последовательно соединенных термисторов в цепи термической защиты. Это будут разные термисторы, так как безопасные температурные границы у микросхемы и у светодиодов различны. А вот результат будет достигнут что надо — плавная регулировка яркости как при перегреве драйвера, так и при перегреве светодиодов.

  • Уличное освещение c применением светильников на солнечных батареях
  • Как узнать мощность светодиодной ленты
  • Пульсации и мерцание светодиодных ламп и других источников света

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Освещение дома, Все про светодиоды

Подпишитесь на наш канал в Telegram и узнавайте первыми о последних трендах, советах по освещению и технологиях, которые сделают ваш дом более комфортным и стильным: Современное освещение

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Уменьшение Нагрева Светодиодной Лампы

WinneR

Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.

Поделиться

Последние посетители 0 пользователей онлайн

  • Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу

Сообщения

Мой высоковольтный помощник 700В 1А

sergeyiv

дело не в покоя , если нагрузить усь , когда ток через эмиттерные резисторы превышает 150 ма появляется эта генерация , понятно что я ток покоя такой задирать не буду. амплитуда генерации 65мв АД825 , нашел у себя в залежах

O5-14

Косяк — в разном масштабе. Печать сразу пдф мимо — уже вижу кучу мест, где всё будет слитно вместе. Вот всё отлично, кроме этиц дурацких пдф онли, и ещё все в раздельном только виде.

кажется у меня опять какая-то проблема решил перед тем как включать инвертор в сеть испытать плату с транзисторами. подал на нее с лбп 32 вольта (максимум что он может) и подал сеть на плату управления. Все функции работают. Сигнал со всех драйверов есть. При срабатывании защиты по перегреву сигнал полностью пропадает. До этого проверял плату управления подключав на выход оптодрайверов конденсаторы эквивалентной емкости транзисторов и все работало. Драйвера не грелись. Сейчас же все так же работает и на транзисторы сигнал приходит но на выходе проводов которые должны идти к силовому трансформатору нет сигнала. Осцилограф показывает что есть просто напряжение и какие то мелкие помехи. если срабатывает защита по перегреву то это напряжение так же пропадает. Может я что то не так делаю? Или это проблема в модуле с транзисторами?

Ну да,с приемником проще-отлавливай фронты и спады и считай временные интервалы,сравнивай с тем что должно быть,потом проверка на правильность приема сигнала и если верно-выдавай сигнал на нужный порт Как вариант (в приемнике)-по спаду принятого сигнала (в обработчике прерывания по переполнению таймера,который переполняется например каждые 0,1 мсек) уменьшаем переменную0 начиная с 0,приняли фронт-увеличиваем переменную0,по следующему спаду переписываем значение этой переменной0 в переменную1,переменную0 сбрасываем и снова ее уменьшаем,смотрим что переменной1,если она близка к 0 то приняли «0» ,если около 13 то приняли «1»,если более 60 и менее 195 то это пауза-смотрим что приняли,проверяем принятую посылку и т д

O5-14

что ж тогда мастера паяющие мамки и видяшки смывают даже дорогущие фирменные флюсы ? и не оставляют за собой грязь.

Иван Годовиков

Как проверит камеру на исправность у неё нет аккумулятора, подавал питание на плюс и минус камера выдаёт ошибку «Ошибка обмена данными между камерой и аккумулятором» и отключается. На схеме указаны ещо 2 контакта D и Т что это за контакты может нужно их подключить?

Как уменьшить нагрев светодиодных ламп

Причина быстрого выхода из строя светодиодных ламп

Диодные лампы по цене дороже других видов ламп, но при этом, по заявлению продавцов, они служит намного дольше. Но оказывается, это только в теории.

Диодные лампы по цене дороже других видов ламп, но при этом, по заявлению продавцов, они служит намного дольше. Но оказывается, это только в теории. По факту светодиодные лампы могут перегореть достаточно быстро.

Почем это происходит?

Разберемся, что же представляет собой светодиодная лампа. По конструкции он сложнее других видов ламп, состоит помимо источников света также из кондестаторов, резисторов, которые образуют драйвер лампы.

lamp-e27-1

Они и являются слабым звеном. Сами по себе конденсаторы, индукторы служат долго, главный их враг — перегрев. Можно сказать, что это по сути единственный и безжалостный убийца светодиодных ламп. Причем сами светодиоды перегорают значительно реже, обычно проблема в драйверах лампы. По идее нужно только убрать нагрев и диодная лампа будет работать очень долго! Так и есть. Но чтобы снизить нагрев нужно либо уменьшить яркость светодиодов, либо установить на лампу массивные системы охлаждения. Но никто не будет покупать тусклую или размером с светильник лампу. Поэтому приходится жертвовать долговечностью.

Хорошим сроком службы светодиодной лампы является цифра в 50000 часов, т.е. около 6 лет беспрерывной работы. Но многие ли лампы доживают до этого срока?

Не многие, но некоторые доживают и живут дальше. Лампа, что фото ниже, была установлены в 2010 году и до сих пор не перегорело ни одного светодиода.

lamp-e27-2

Лампа стоит в тамбуре, работает постоянно круглые сутки уже более 9 лет. Единственное, пожелтел корпус пластика.

lamp-e27-3

Но у данной лампы удачный корпус с точки зрения охлаждения: диоды располагаются вдоль лампы, поэтому площадь для охлаждения больше. Также лампа относительно не яркая. Все вместе обеспечивает минимальный нагрев при работе, поэтому лампа и дожила до сегодняшнего дня и, думаю, проработает еще долго.

Диодные лампы по цене дороже других видов ламп, но при этом, по заявлению продавцов, они служит намного дольше. Но оказывается, это только в теории. По факту светодиодные лампы могут перегореть достаточно быстро.

Почем это происходит?

Разберемся, что же представляет собой светодиодная лампа. По конструкции он сложнее других видов ламп, состоит помимо источников света также из кондестаторов, резисторов, которые образуют драйвер лампы. Они и являются слабым звеном. Сами по себе конденсаторы, индукторы служат долго, главный их враг — перегрев. Можно сказать, что это по сути единственный и безжалостный убийца светодиодных ламп. Причем сами светодиоды перегорают значительно реже, обычно проблема в драйверах лампы. По идее нужно только убрать нагрев и диодная лампа будет работать очень долго! Так и есть. Но чтобы снизить нагрев нужно либо уменьшить яркость светодиодов, либо установить на лампу массивные системы охлаждения. Но никто не будет покупать тусклую или размером с светильник лампу. Поэтому приходится жертвовать долговечностью.

Хорошим сроком службы светодиодной лампы является цифра в 50000 часов, т.е. около 6 лет беспрерывной работы. Но многие ли лампы доживают до этого срока?

Не многие, но некоторые доживают и живут дальше. Лампа, что фото ниже, была установлены в 2010 году и до сих пор не перегорело ни одного светодиода. Лампа стоит в тамбуре, работает постоянно круглые сутки уже более 9 лет. Но лампа тусклая, почти не нагревается, поэтому и дожила до сегодняшнего дня.

Ремонт светодиодной лампы. Уменьшаем нагрев

Светодиодная лампочка E14

Сегодня мы займемся ремонтом китайской светодиодной лампочки. Явная причина поломки – перегрев, радиатор у этих лампочек греется довольно сильно.

Под крышкой установлена подложка с 15-ю последовательно включенными светодиодами 2835. Нужно осмотреть светодиоды на наличие черных точек. И сразу в глаза бросается один светодиод. Светодиод рядом, скорее всего рабочий, но у него тоже заметны черные точки – это говорит о том, что он уже начал деградировать, и в ближайшее время он тоже может сгореть. Раз уже лампочку разобрали, то и его тоже будем менять сразу.

Подложка для светодиодов 2835

Для того, чтобы поменять светодиоды – придется снять подложку с радиатора (она приклеена на теплопроводящий клей) и прогреть ее феном для пайки.

Выпаиваем не рабочие светодиоды, и на их место устанавливаем новые, обязательно обращая внимание на ключ в виде среза, он должен быть с той же стороны, полярность светодиодов путать нельзя.

После того как светодиоды припаяны, нужно убрать остатки клея с радиатора и нанести новый теплопроводный клей.

Лампа собрана, и осталось только ее проверить. Через 5 минут работы лампочки, температура подложки выросла до 100 °C! Нужно уменьшать ток на светодиодах. Отпаиваем провода, и откручиваем радиатор от цоколя лампы, там находится драйвер.

Ток уменьшить я решил в 2 раза. Сильно переживать о том, что лампочка будет после этого тускло светить не стоит, т. к. для того что бы светодиоды светили в 2 раза меньше – ток нужно будет уменьшить в 5 раз!

Сам драйвер построен на микросхеме CS6583BO.

Драйвер светодиодной лампочки на микросхеме CS6583BO

Нужно найти токозадающий (токоизмерительный) резистор на плате драйвера (он один в DIP корпусе) и увеличить его сопротивление в 2 раза. В datasheet, в типовой схеме, он обозначен как Rcs.

Токозадающий (токоизмерительный) резистор светодиодного драйвера CS6583BO

В моем случае он оказался 0,69 Ом. Значит мне нужно вместо него поставить 1,4 Ом, но такого у меня нет, а ближайший номинал, который у меня есть – это 1,5 Ома. Его я и буду ставить, а это означает, что и ток уменьшится чуть больше чем в 2 раза.

К стали, визуально, после замены резистора, я разницы в яркости не заметил.

По документации на светодиоды 2835, их максимальный ток должен составлять максимум 150 мА, но в этих лампочках драйвер выдает 230 мА. Завышенный ток питания светодиодов как раз и является причиной их перегрева и сгорания. После замены резистора, ток на светодиодах получился 130 мА, а температура радиатора не превысила 70 °C.

Более подробный процесс ремонта и сравнение лампочек до и после переделки можно посмотреть в видео.

Мой экземпляр лампочки E14 12 Вт 115 мм.

Опубликовано 18.06.2017 10.12.2019 Автор volstr

Ремонт светодиодной лампы. Уменьшаем нагрев: 4 комментария

Здравствуйте! Не встречал ещё не одной нормальной дешёвой китайской светодиодной лампы, как автомобильной так и осветительной.У всех завышен рабочий ток. Для нормальной работы, температура светодиодов не должна превышать 60 градусов, а радиатор должен быть площадью не менее 25 см2 на ватт.

александр :

у меня автомобильные светодиодные лампы не перегорают 4 года.Могу Вам подсказать что для этого нужно сделать .По мощности эти лампы потребляют в 45-70раз !! Меньше чем обычные лампы накала .

IEK 12 Вт 4000к заявленные ,
ваттметр показал , что она на 9 Вт,
перепаял smd резистор 2R87 (на мультиметре 3,4 Ом) на 6R8 (7,4 Ом),
в итоге с температурой упала и яркость и потребление стало 5 Вт ))

по одной лампе если судить, то резистор не нужно так резко в 2 раза увеличивать, яркость падает значительно

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *