Температура светодиода – температура светодиода-как определить и измерить? — БилдоМан

Содержание

температура светодиода-как определить и измерить?

В общем температура светодиода, чем прохладнее окружающая среда, тем выше светоотдача светодиода. Более высокие температуры обычно уменьшают выход света. В более теплых условиях и при более высоких токах температура светодиода увеличивается. Светоизлучение светодиода для постоянного тока изменяется в зависимости от его температуры перехода . На рисунке 9 показан световой поток нескольких светодиодов в зависимости от температуры перехода. Температура светодиода намного меньше для светодиодов InGaN (например, синий, зеленый, белый), чем для светодиодов AlGaInP (например, красный и желтый).

Рисунок 9. Относительная светоотдача белых светодиодов красного, синего и люминофора в зависимости от температуры перехода.

Данные, основанные на литературе от LumiLeds

Данные нормализуются до 100% при температуре перехода 25 ° C. Температура светодиода.

Температура светодиода. Токовая зависимость.

Некоторые производители системы включают компенсационную схему, которая регулирует ток через светодиод, чтобы поддерживать постоянный световой поток при различных температурах окружающей среды. Это может привести к перегоранию светодиодов в некоторых системах в течение длительных периодов высокой температуры окружающей среды, что может сократить срок их службы.

Большинство производителей светодиодов публикуют кривые, подобные тем, которые показаны на рисунке 9 для своих продуктов, и точные отношения для разных продуктов будут разными. Важно отметить, что многие из этих графиков показывают выход света как функцию температуры перехода, а не температуры окружающей среды. Светодиод, работающий в окружающей среде при нормальной комнатной температуре (от 20 ° C до 25 ° C) и при рекомендованных производителем токах, может иметь гораздо более высокие температуры перехода, например, от 60 ° C до 80 ° C. Температура перехода зависит от:

температура окружающей среды
ток через светодиод
количество теплоносителя внутри и вокруг светодиода

Как правило, спецификатор освещения не должен знать об этих отношениях; создатель светодиодной системы освещения должен включать соответствующие теплоотвод и другие компенсационные механизмы. Затем изготовитель системы должен предоставить диапазон допустимых рабочих температур, в пределах которых ожидается приемлемая работа.

Длительное тепло может значительно сократить срок службы многих светодиодных систем. Более высокая температура окружающей среды приводит к более высоким температурам перехода, что может увеличить скорость разложения элемента светодиодного соединения, что может привести к необратимому уменьшению светового выхода светодиода в течение длительного времени, чем при более низких температурах.

Таким образом, управление температурой светодиода является одним из наиболее важных аспектов оптимальной работы светодиодных систем.

Общепринято рассматривать светодиоды как «холодные» источники с точки зрения температуры. Это связано с тем, что спектральный выход светодиодов для освещения не содержит инфракрасного излучения, в отличие от ламп накаливания, которые производят большое количество инфракрасного излучения (конечно, некоторые светодиоды для производственных целей предназначены для производства инфракрасной энергии, но они не рассматриваются в этой публикации ). Светодиоды также часто считаются «холодными», потому что они генерируют свет через механизм, отличный от теплового возбуждения вещества, такого как вольфрамовая нить в лампе накаливания. Хотя светодиодные системы освещения не производят значительного количества излучаемого тепла, светодиоды все еще генерируют тепло в узле, которое должно рассеиваться посредством конвекции и проводимости . Извлечение тепла из устройства с использованием радиаторы и работающие светодиоды при более низких температурах окружающей среды обеспечивают более высокую светоотдачу и более длительный срок службы устройства.

Необходимость обеспечения теплоотвода со светодиодными системами также важна для рассмотрения, когда эти системы установлены в приложениях. Должны быть достаточные средства для отвода тепла от системы или вентиляции для охлаждения нагретых поверхностей путем конвекции. Расположение светодиодной системы освещения в изолированном и относительно небольшом пространстве, вероятно, приведет к быстрому увеличению температуры перехода и субоптимальной производительности.

По мере развития мощных светодиодных технологий инженеры собрали данные, которые количественно подтвердили, что чрезмерное тепло сократило срок службы полупроводникового освещения (SSL). Например, светодиод, который длился 60 000 часов при работе при температуре перехода 120 ° C, изо всех сил старался сиять более 10000 часов при работе при 150 ° C. Следовательно, тепловое управление быстро стало ключевой частью процесса разработки SSL.

Дизайнеры обычно используют пассивные методы для рассеивания тепла, зачастую температура светодиода не учитывается. Во время нормальной работы такие методы работают хорошо, но могут бороться, чтобы рассеять всю жару, когда SSL подвергается воздействию необычно теплых температур.

В последнее время производители светодиодного источника питания (светодиодные драйверы) добавили возможности ограничения тока на свои устройства, позволяющие инженерам определять температуру светодиодного перехода и отклонять фитиль, если ситуация становится слишком горячей. Защита от перегрева продлевает срок службы светодиодов и минимизирует катастрофический отказ. Активные методы защиты также способствуют использованию меньших радиаторов — экономии затрат и пространства — и обеспечивают большую степень контроля за максимальной рабочей температурой конкретного продукта. В этой статье рассматривается, как работают эти новые методы управления тепловым режимом.

Убийца Кельвина

Тепло является побочным продуктом электролюминесцентных процессов, которые позволяют светодиоду загораться. Рекомбинации дырок и электронов в полупроводнике приводят к тому, что некоторые фотоны выходят из светодиода и способствуют общему освещению, но другие реабсорбируются в кристалле, выделяя тепло. Крошечные вибрации кристаллической решетки светодиода, возникающие во время работы устройства, также повышают температуру. Несмотря на высокую эффективность светодиодов по сравнению с обычными источниками света, от 70 до 80 процентов электроэнергии, подаваемой на устройство, по-прежнему преобразуется в тепло, а не в свет.

Поскольку светодиодное соединение мало, плотность энергии высокая и температура быстро растет. Нередко температура перехода (T _J) современных чипов повышается до 140 ° C и выше. Пролонгированная работа при высоких температурах нежелательна, поскольку она приводит к дрейфу цветности и сокращает срок службы. (См. Статьи TechZone « Тепловые эффекты на белой светодиодной хроматичности » и « Понимание причины замирания в светодиодах высокой яркости »).

Температура светодиода Cree , Lumileds , OSRAM и Seoul Semiconductor

Производители светодиодов, таких как Cree , Lumileds , OSRAM и Seoul Semiconductor, предоставляют полезную информацию о влиянии температуры на срок службы, полученной за годы испытаний на надежность. На рисунке 1 показано, например, примерный срок службы белого светодиода Lumileds LUXEON C с увеличением температуры перехода. Левая ось представляет собой относительную яркость. Светодиодные индикаторы считают, что светодиод «провалился», когда его яркость падает ниже 70 процентов от выхода при использовании нового (L70). LUXEON C — это светодиод 118 лм, 120 лм / Вт (350 мА, 2,75 В), и из графика видно, что разница в 20 ° C может сократить срок службы светодиода примерно на 60 000 часов (с L70 80 000 часов при T _J= 115 ° C до 20 000 часов при T _J = 135 ° C). ¹

Рисунок 1: Влияние температуры перехода на светимость светодиодов LUXEON C. (Срок службы светодиода измеряется в точке, когда яркость падает до 70 процентов от этого при новом).

Учитывая важность термического управления при проектировании со светодиодами, мало что удивляет, что имеется много информации о дизайне по теме, доступной для сообщества разработчиков. Элементы светодиодного управления температурой в библиотеке статей Digi-Key включают « Понимание внутреннего термосопротивления светодиодов », « Тепловые соображения для светодиодных светильников » и « ABCs LED Thermal Management» . Кроме того, имеется множество светодиодных тепловых продуктов, доступных на сайт Digi-Key.

Пассивные методы теплового управления сыграли важную роль в цементировании светодиодного освещения в секторе основного освещения. Инженеры-проектировщики регулярно устанавливают светодиоды и подложки с низким тепловым сопротивлением, дополненные радиаторами, для удаления тепла от соединения устройства. Однако, хотя этот метод работает удовлетворительно, он имеет ряд недостатков, включая увеличение размера осветительной арматуры и добавление стоимости. Теплоотвод может составлять треть стоимости устройства SSL. Кроме того, в качестве пассивного метода механическое тепловое управление не может компенсировать большие колебания температуры окружающей среды, к которым, например, может относиться наружный SSL.

Активное тепловое управление

Совсем недавно дизайнеры сосредоточили свое внимание на дополнении пассивного теплового управления активными технологиями, чтобы удовлетворить «экстремальные» ситуации, когда время жизни светодиодов в противном случае было бы значительно сокращено или устройство могло бы даже катастрофически потерпеть неудачу. Самый простой способ защиты светодиода — выбрать драйвер светодиода с защитой от перегрева.

Многие современные светодиодные драйверы включают защиту от перегрева. Например, недавно представленный ADP8140 Analog Devices обладает такой особенностью. ADP8140 является линейным регулятором, который работает от входа 3 до 30 В и обеспечивает постоянный ток до 500 мА. Если температура кристалла светодиода превышает 150 ° C, ADP8140 выключает ступень мощности. Когда температура опускается ниже 130 ° C, ADP8140 отключает питание. Если неисправность или сильная диссипация сохраняется, последовательность повторяется. (Обратите внимание, что ADP8140 также может использоваться с внешним датчиком тепла для повышения тепловой защиты.)

Недостаток защиты от перегрева, который основан на измерении температуры светодиодного драйвера, а не самого светодиодного соединения, является недостатком точности. Даже если устройства находятся в непосредственной близости, светодиодный драйвер может быть на несколько градусов теплее, чем светодиод, что может вызвать остановку, когда это не является строго необходимым. Хуже того, может быть и наоборот, что приведет к повреждению светодиода до того, как светодиодный драйвер отключится. Второй недостаток заключается в том, что защита от перегрева многих светодиодных драйверов включает в себя полное снижение мощности при достижении пороговой температуры. Это вряд ли удобно, особенно если свет освещает общественное пространство. Следовательно, инженеры стремятся установить функцию выключения при очень высокой температуре.

Кроме того, многие драйверы светодиодов автоматически перезапускаются при охлаждении системы. Если чрезмерная температура является результатом неисправности или экстремальной ситуации, такой как необычно высокая температура окружающей среды, система, скорее всего, быстро отключится, что приведет к нарушающему мерцанию.

Более тонкая техника, чем просто переключение светодиодного драйвера при достижении заданной температуры, заключается в использовании контура обратной связи, который включает датчик тепла, расположенный очень близко к разъему LED. Добавляя термистор отрицательного температурного коэффициента (NTC), который обычно имеет небольшой размер упаковки и имеет хорошее соотношение цена / производительность, в схему освещения можно постепенно уменьшать ток вождения светодиода и, следовательно, уменьшать рассеивание мощности до предела температура перехода.

Хотя уменьшение тока уменьшает яркость, дизайнеры могут устанавливать минимальный ток, так что изменение яркости по мере того, как датчик NTC срабатывает, ниже порога, который может обнаружить потребитель. К счастью, человеческий глаз плохо обнаруживает изменения яркости в устройствах с высокой яркостью, поэтому существует разумная гибкость в балансе между управляющей температурой и заметно ухудшающей светимость. В любом случае более тоньше, чем выключение, а затем выключается.

Производители светодиодных драйверов упростили включение резистора NTC в электронику приборов, добавив выделенный штырь к своим микросхемам, чтобы принять вход резистора. Дублированный тепловой схемой возврата, термистор NTC расположен как можно ближе к разъему LED для повышения точности измерения температуры. По мере повышения температуры (выше установленного значения, определенного дизайнером) сопротивление термистора уменьшается, вызывая соответствующее уменьшение выходного тока, который приводит в действие светодиод. Производители светодиодных драйверов используют либо широтно-импульсную модуляцию (PWM), либо аналоговое затемнение для снижения выходного тока. (См. Статью TechZone « Как тепловой откат повышает надежность светодиодных светильников »).

Светодиодные драйверы обычно включают в себя схемы снижения тока, связанные с датчиком тепла в своих продуктах. Например, CAT4101 от Semiconductor представляет собой линейный светодиодный драйвер с постоянным током 1 A с термоотверждением. Драйвер LED работает от входа 3 — 5,5 В и имеет выход 25 В на уровне до 1 А. Ток уменьшается, изменяя рабочий цикл ШИМ после того, как температура светодиодного перехода превышает 150 ° C. На рисунке 2 показано, как ток светодиодного привода (красный) изменяется с характеристикой сопротивления термистора NTC (синий). ²

Рисунок 2: Термовыходная характеристика драйвера светодиода CAT4101 от ON Semiconductor.

Texas Instruments (TI), среди прочего, также предлагает ряд светодиодных драйверов с тепловым откатом. LM3424 , например, понижающий / повышающий ( «доллар / импульс») светодиодный драйвер. Устройство может работать от входа от 4,5 до 75 В, обеспечивая постоянный ток до 5 А. Функция термоотвержения позволяет инженеру программировать как точку останова (температура, при которой начинается снижение тока), так и градиент текущего уменьшения склон.

Улучшение тепловой защиты светодиодов. Температура светодиода.

Хотя методы теплового управления на основе температурных датчиков работают достаточно хорошо, есть некоторые недостатки. Во-первых, добавление термистора NTC увеличивает сложность; и точность, отклик и градиент зависят от того, как устройство монтируется. Во-вторых, если не указано высокопроизводительное (и, следовательно, дорогое) устройство, наклон температуры / сопротивления не является линейным, что затрудняет точное регулирование тока. В-третьих, одновременное снижение тока иногда может быть недостаточным для ограничения температуры перехода в безопасную зону, заставляя инженера создавать резервные копии защиты с обычной защитой от перегрева.

Из-за недостатков технологии термического отгибания на основе термисторов на основе термисторов NTC некоторые производители светодиодных драйверов еще более подвергли тепловой защите. Infineon Technologies внедрила запатентованную технику, благодаря которой сам светодиодный индикатор становится элементом, чувствительным к температуре, и вообще не использует термистор NTC. Компания реализовала эту технику в своей ИС-контроллере ILD6070 LED. ILD6070 представляет собой преобразователь напряжения питания, который может работать от входного напряжения от 4,5 до 60 В при подаче до 700 мА. Он поставляется в термически оптимизированной SOIC-8 упаковке.

Светодиодный драйвер герметично соединен со светодиодом и используется в качестве эталона температуры. Если температура светодиода превышает заданную максимальную температуру, ток уменьшается в соответствии с предварительно запрограммированной характеристикой уменьшения наклона. Компания утверждает, что этот непрерывный диапазон регулировки позволяет системе достичь точки равновесия, которая обеспечивает непрерывную работу источника света в стрессовых условиях — хотя и с уменьшенной светоотдачей.

Если тепловое равновесие нарушается дополнительной тепловой нагрузкой, постепенное уменьшение тока продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто не менее 25 процентов от целевого среднего тока, и источник света будет продолжать подавать световой поток с яркостью 25 процентов от целевого света вывод. Такая защита позволяет инженеру разрабатывать пассивно-тепловое управление с более низким запасом прочности при условии, что активная тепловая защита будет действовать, если температура повысится до чрезвычайного уровня.

Температурная ссылка ILD6070 определяет напряжение привода (V _DRIVE ) в соответствии с характеристикой уменьшения наклона (рис. 3). Напряжение привода в свою очередь определяет ток привода светодиода (i _L ), который пропорционален яркости светодиодов. Диммирование достигается путем сравнения сигнала V _DRIVE с внутренним генератором пилообразного сигнала, который, в свою очередь, генерирует импульсную последовательность PWM. (Поскольку не всегда возможно термически соединять светодиодный драйвер со светодиодом, ILD6070 можно использовать в обычной конфигурации с термистором NTC, сохраняя при этом преимущество характеристики уменьшения наклона.) ^[3]

Рисунок 3: ILD6070 от Infineon Technologies измеряет температуру светодиода и устанавливает напряжение на входе в соответствии с зависимой от температуры характеристикой наклона.

Дизайнер может установить пороговую температуру соединения светодиодов (которая является точкой, когда начинается ограничение тока), используя внешний резистор по клеммам T _adj и GND ILD6070 . Это имеет то преимущество, что позволяет разработчику торговать негативными эффектами высокой температуры перехода от стоимости и размера системы. Установив пороговую температуру относительно низко, светодиоды продлятся дольше, но система потребует большего радиатора, чтобы обеспечить быстрое рассеивание тепла, так что прибор не будет повторно вводить диапазон ограничения тока в нормальных рабочих условиях. На рисунке 4 показано влияние различных значений резисторов на выходной выходной цикл ILD6070 (и, следовательно, его выходной ток).

Рисунок 4: Триггерная точка операции ограничения тока ILD6070 может быть изменена путем выбора другого значения сопротивления.

Защитная сетка с перегревом

Пассивное тепловое управление будет и впредь играть ключевую роль в разработке SSL. Дизайнеры должны обеспечить, чтобы тепло, выделяемое светодиодом, рассеивалось через прибор, используя светодиоды и подложки с низким тепловым сопротивлением и радиатор достаточной мощности для отвода тепла в окружающую среду при всех ожидаемых условиях эксплуатации.

Когда активный температурный контроль вступает в игру, возникает непредвиденное событие, такое как отказ компонента или очень высокая температура окружающей среды. Такие условия могут термически напрягать светодиод и значительно сокращать его срок службы. В худшем случае термический стресс может привести к катастрофическому сбою. Использование контура обратной связи с температурным датчиком, который снижает ток возбуждения в случае чрезмерной температуры светодиода, устраняет термическую нагрузку и предотвращает отказ. Такая «защитная сетка» позволяет дизайнерам указывать более мелкие радиаторы с более низким коэффициентом безопасности и экономичности и безопасности — при условии, что условия перегрева будут поддерживаться активным контролем температуры.

Активный контроль температуры продолжает развиваться благодаря последним решениям светодиодных драйверов, которые предлагают упрощенные и гибкие решения для проектирования, устраняя внешний температурный датчик и позволяя дизайнеру выбирать температуру, с которой начинается ограничение тока.

Для получения дополнительной информации о деталях, обсуждаемых в этой статье, используйте ссылки для доступа к страницам продуктов

Типы светодиодов

Размеры светодиодов

Сопротивление светодиода

Рекомендации:

« Понимание анализа жизненного цикла светодиодов », технический документ Philips Lumileds.
« Thermal Foldback для CAT4101, светодиодное освещение» , «Замечание по применению полупроводников» AND9053 / D.
« Интеллектуальная защита от перегрева для приложений светодиодного освещения », Хакан Йилмазер и Бернд Пфлаум, технический документ Infineon Technologies, октябрь 2013 года.

lightru.pro

Температурный режим белых светодиодов | Светодиодное табло

См. также:
Теплоотводящие материалы на основе карбона
Модуль активного охлаждения SynJet

Большинство светодиодов, в привычном понимании, как кажется не выделяют ощутимого тепла в отличии от многих других источников света, но это не так. На самом деле, правильный температурный режим, возможно, самая важная сторона конструкции светодиодной системы. Особенно это актуально для светодиодов освещения, когда в светильнике сосредоточено большое количество достаточно мощных излучателей. В этой статье рассматривается роль тепла в эффективности светодиодов.

Все источники света преобразуют электрическую энергию в энергию излучения и тепла в различных пропорциях. Лампы накаливания излучают в основном инфракрасное (ИК) излучение с небольшим количеством видимого света. Флуоресцентные и металлогалогенные источники конвертируют бóльшую долю энергии в видимый свет, но также излучают в инфракрасной (ИК), ультрафиолетовой (УФ), и тепловой областях спектра. Светодиоды производят мало, или вообще не излучают ИК или УФ энергию, но конвертируют только 20% -30% мощности в видимый свет. Остальная мощность преобразуется в тепло, которое должно быть отведено из светодиодного корпуса с помощью основной печатной платы и радиатора, корпуса, или элементов рамы светильника. Приведенная ниже таблица показывает примерные пропорции, в которой энергия потребляемой мощности преобразуется в тепло и энергию излучения, включая видимый свет, для различных полихромных (белых) источников света.

Оценка коэффициента преобразования мощности, для «белых» источников света

	Лампы накаливания† (60 Вт)	Флуоресцентные† (обычные линейные)	Металлогалогенные‡	Светодиодные*

Видимый свет	8%	21%	27%	20-30%
Инфракрасный	73%	37%	17%	~ 0%
Ультрафиолетовый	0%	0%	19%	0%
Всего лучистой энергии	81%	58%	63%	20-30%
Тепло (теплопроводность + конвекция)	19%	42%	37%	70-80%
Итого	100%	100%	100%	100%

† Из Справочника
‡ OSRAM SYLVANIA
* Зависит от эффективности светодиодов. Этот диапазон указан для лучших в настоящее время достижений технологии в цветовых температурах от теплой (150 lm/W) до холодной (100 lm/W). Перспективный план Министерства энергетики США (март 2009) предусматривает увеличение эффективности более чем на 50% к 2025 году.

Почему вопрос теплового режима так важен?

Избыточное тепло непосредственно влияет как на текущую эффективность, так и на изменение эффективности с течением времени наработки. Кратковременные (обратимые) эффекты — это смещение цвета и снижение светоотдачи, в то время как долговременный эффект – это ускоренное снижение светового выхода и тем самым сокращение срока полезного использования светодиода.

Световой выход различных цветных монохромных светодиодов по-разному зависит от изменения температуры. Так, наиболее чувствительны к температуре янтарные и красные светодиоды, и наименее чувствительны — синие (см. график). Эти индивидуальные температурные зависимости могут привести к заметным сдвигам цвета в системах на основе RGB, если рабочая температура отличается от рекомендуемой. Производители светодиодов тестируют и сортируют (бинуют) свою продукцию по яркости и цвету на основании фотометрических измерений в определенных условиях — при подаче 25 миллисекундного мощного импульса при фиксированной температуре в 25°C. За время действия импульса, температура чипа практически не меняется. В рабочем режиме, при постоянном токе при комнатной температуре и применении технических мер к снижению температуры, температура светодиодного чипа, как правило, 60°C или выше. Поэтому белые светодиоды будут обеспечивать, по крайней мере, на 10% меньше света, чем указано производителем, а сокращение светового потока для изделий с недостаточным теплоотводом может быть значительно выше.

Время непрерывной работы при повышенной температуре значительно ускоряет процесс снижения яркости (деградацию), что приводит в итоге к сокращению срока полезного использования. График ниже показывает световой поток в течение долгого времени (экспериментальные данные до 10000 часов и экстраполяция за ее пределами) для двух одинаковых светодиодов при одинаковом токе, но с разницей температуры чипа в 11°C. Расчетный срок службы (определяется на уровне снижения светового потока на 70%) уменьшился с ориентировочно 37000 часов, до 16 000 ча

led-displays.ru

Показатели температурной надёжности светодиодных светильников

Осторожно! Сделано в Китае

Прежде всего, следует отдать должное огромному разнообразию, отличному дизайну, простоте, продуманности и низкой цене изделий промышленности Поднебесной. Большой ассортимент созданных в Китае промышленных светодиодных светильников теперь доступен на рынке СНГ. Кроме того, предлагается немало светильников местной сборки, но созданных из китайских «конструкторов». Практически вся эта продукция определяется поставщиками как крайне надежная, работающая в самых сложных климатических условиях, в широком диапазоне питающих напряжений и, зачастую, почти в астрономическом диапазоне температур.

Закономерен вопрос, насколько можно доверять заявленным характеристикам и получит ли предприятие, использующее такие светильники, ожидаемую экономию?

В нашей компании была проведена большая работа по разработке, изготовлению и испытаниям светильников с модульными светодиодами COB (Chip on Board – кристалл на подложке, читается КОБ). Основная задача при этом – определение температурных режимов, обеспечивающих длительную эксплуатацию в диапазоне воздействия окружающей среды, которые установлены техническими условиями. Был разработан математический аппарат расчета радиаторов охлаждения. Температуры готовых изделий замерялись контактными и бесконтактными измерителями, в том числе тепловизором Fluke.

Сделаем небольшое отступление, чтобы пояснить значимость температурных режимов для работы осветительных светодиодов.

На модели десятиваттного светодиодного модуля белого света (Рис. 1) показаны основные составляющие. Излучающие синий свет кристаллы размещаются на массивной, обычно медной с покрытием серебром, подложке и залиты коллоидным раствором желтого люминофора. В светильнике модуль через тонкий слой теплопроводящей пасты монтируется на радиаторе, рассеивающем тепло в окружающую среду.

Рис. 1. Модель 10-ти ваттного светодиодного модуля

Максимальная указываемая разработчиками неразрушающая температура функционирования кристаллов обычно не превышает 135-150 °C. Но такой нагрев приводит к деградации структуры полупроводников и постепенному снижению светового потока. Для сохранения большей части потока при длительной эксплуатации температура кристаллов должна быть много ниже.

Так как непосредственное измерение температуры кристаллов затруднено, принято нормировать температуру подложки, учитывая тепловое сопротивление кристалл-подложка. Перепад температур между кристаллами и подложкой меняется в зависимости от мощности модуля, режимов охлаждения и внешних условий. В среднем перепад температур составляет примерно 20 °C.

На рисунке 2 приведен график работоспособности светодиодных модулей в зависимости от рабочей температуры по данным тайваньской компании «Huey Jann Electronics Industry», специализирующейся на выпуске светодиодных модулей COB. Сохранение 70% светового потока после 50 тыс. часов эксплуатации возможно, если температура подложки составляет не более 60 °C, а температура кристаллов, соответственно, не превышает 80 °C.

Каким должен быть охладитель, обеспечивающий такой режим работы? Речь, прежде всего, о пассивных радиаторах, рассеивающих тепло за счет естественной конвекции воздуха и излучения.

На теплоотвод влияет много факторов. Большое значение имеет температура окружающей среды. Но также важны ориентация радиатора в пространстве, конфигурация, материал и свойства поверхности радиатора и многое другое. Все эти параметры будут рассмотрены в другой раз. Пока ограничимся оценкой размеров радиатора относительно температуры окружающей среды.

Рис. 2. Зависимость работоспособности светодиодных модулей от температуры

Один из часто применяемых в китайских светильниках радиаторов показан на рисунке 3. Такие охладители обычно поставляют со светодиодными модулями от 30 до 150 Вт. Высота радиатора при установке 50-ти ваттного модуля – 100 мм, площадь поверхности 3480 см². Указанные размеры даются большинством изготовителей светильников и рекомендуются производителями самих радиаторов.

Рис. 3. Экструдированный алюминиевый радиатор диаметром 160 мм

Расчеты показывают, что на этом радиаторе при 50-ти ваттной нагрузке и температуре окружающей среды 40 °C в наиболее благоприятном случае температура подложки достигнет 100 °C. Светильник будет работать некоторое время, но быстрое уменьшение светового потока сведет на нет все преимущества светодиодного освещения. Обеспечить нормируемые 50 тыс. часов работы возможно только в условиях температуры окружающей среды не выше 10-15 °C. Очевидно, что такой режим эксплуатации неприемлем. Еще хуже обстоят дела с рассеиванием большей мощности, так как рекомендуются и поставляются радиаторы с меньшим соотношением площади поверхности на ватт отводимой мощности.

Светильники с большим количеством маломощных светодиодов поверхностного монтажа здесь не рассматриваются. Их применение гораздо важнее не в промышленном, а в офисном или бытовом приложении. Можно только отметить, что хотя они имеют несколько иные характеристики, проблемы теплоотвода и эксплуатации на предельных температурах присутствуют и там, и зачастую в гораздо большей степени. Справедливости ради важно отметить, что по выкладкам компании-изготовителя осветительных светодиодов «Edison», требуемые для охлаждения площади могут быть меньше, чем при использовании светодиодных модулей. К сожалению, их расчеты слишком упрощены и не приводится подтверждающая информация из практики применения.

Проблема высокой эксплуатационной температуры кристаллов светодиодов в осветительной технике не осталась незамеченной изготовителями. Предлагается довольно много иных вариантов охладителей, но практически всегда финансовая выгода преобладает над показателями надежности.

Увы, предельная экономия на материалах в изделиях китайской промышленности не обошла стороной и область промышленного освещения. У потребителя остается право критически относится к предлагаемой продукции и требовать от поставщиков обоснованные характеристики того или иного светодиодного светильника.

Наше предприятие при разработке элементов охлаждения исходило из требований технических условий, по которым максимальное значение температуры окружающей среды 40 °C не должно влиять на работоспособность и срок службы светильника.

Рассчитанные согласно этим требованиям радиаторы для 50 Вт подводимой мощности должны иметь охлаждающую поверхность около 200 дм². Это почти в шесть раз больше, чем у китайских аналогов. Меньшая площадь приводит к повышению температуры кристаллов и сокращению срока службы. В частности, на одном из опытных образцов светильника со светодиодом мощностью 50 Вт фирмы «Edison», размещенном на радиаторе площадью 90 дм2, замеры температуры показали следующую картину (Рис. 4). На рисунке указана температура в градусах Цельсия. Максимальная температура кристаллов при этом замере 89,8 °C, температура подложки 60 °C, температура окружающей среды во время измерения 22 °C. И хотя этот режим можно признать допустимым, любой рост температуры окружающего воздуха или ухудшение условий конвекции могут привести к ускоренному снижению светового потока.

Рис. 4. Изображение светодиода 50 Вт, сделанное тепловизором Fluke

Размер площади охлаждения 90 дм² был выбран на основании рекомендаций по применению тайваньской компании «Edison Opto Corporation». Для модулей 50 Вт компания предлагает использовать охладитель площадью 70-73 дм².

Таким образом, следует очень внимательно относиться к импортной светодиодной осветительной технике с точки зрения заявляемых параметров долговечности и условий функционирования, если от нее ожидается существенная экономия ресурсов, как в плане уменьшения энергопотребления, так и в плане длительного срока эксплуатации.

Н. Н. ГАВРИЛОВ
Зам. директора по техн. вопросам
ООО «Промышленная группа Кальченко и К»
[email protected]

www.elec.ru

Нормальная температура светодиода. Пример выгорания светодиодов

Срок эксплуатации любого светодиода в значительной степени зависит от температурного режима его эксплуатации. Поэтому, вопросу правильного и достаточного отвода тепла от светодиодов следует уделять особое внимание. Для светодиодов не следует допускать прямого тока выше, чем установленный паспортной документацией с учетом конкретной температуры окружающей его среды (находят по графикам допустимого прямого тока в зависимости от температуры среды эксплуатации в паспортах на светодиоды).

Эффективным методом продления сроков службы светодиодов для изделий, эксплуатирующихся вне помещений, является путь снижения тока через светодиод в пасмурное, вечернее и ночное время суток с помощью автоматического ШИМ регулятора, изменяющего скважность импульсов в зависимости от освещенности панели на которой установлены светодиоды. Данный метод был использован для часов, находящихся в эксплуатации на обеих проходных Донецкого завода «Топаз». На сегодня изделия проработали уже более 60000 часов и видимая глазом деградация светодиодов отсутствует. Предположительный срок дальнейшей эксплуатации данных изделий еще более 90 тысяч часов. В этих изделиях ток через светодиоды уменьшается в ночное время суток до 10% от номинального. 100% тока протекает только при прямом освещении солнцем лицевой поверхности и промежуточные значения тока (плавно) имеем в пасмурное, вечернее и ночное время. Одновременно, такой режим работы положительно сказывается на восприятии табло человеческим глазом (не слепит, информация имеет четкие контуры).

Отвод тепла от светодиодов для поверхностного монтажа значительно улучшается при увеличении размеров контактных площадок на печатных платах, которые служат дополнительным теплоотводом и это приводит к понижению температуры кристалла и, как следствие, к продлению срока эксплуатации светодиодов. Радикальный способ – применение металлических печатных плат на основе фольгированного алюминия или фольгированной меди, а также двусторонних плат с металлизацией отверстий – проводников тепла на вторую, покрытую в нужных местах медью, сторону платы.

Для DIP светодиодов не следует стремиться к максимальному укорочению выводов светодиодов. Более целесообразно применять монтаж с максимально длинными выводами светодиодов и максимальной площадью контактных площадок для впайки на печатной плате. Для многокристальных DIP светодиодов эффективна припайка к выводам дополнительной медной проволоки-радиатора или небольшой пластинки. Подпайку следует производить к выводу на котором расположен кристаллодержатель.

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

vorota21vek.ru

Почему так важно беречь светодиоды от перегревания

Терморегуляция влияет на производительность и срок эксплуатации
Сегодня светодиоды хорошо известны благодаря высокой производительности и длительному сроку эксплуатации. Но немногие знают, что эти показатели напрямую зависят от рабочей температуры. Чем ниже температура, тем больше светоотдача и тем дольше будет работать светодиод. Поэтому, проектируя светильник, крайне важно предусмотреть грамотный теплоотвод.

Чем холодней, тем эффективней
Эффективность светодиода в значительной степени зависит от рабочей температуры и температуры окружающей среды. Указывая референтные значения, производитель берет за основу температуру в помещении 25°C. В обычных условиях эксплуатации температура спая составляет 80°C или выше*, отмечают специалисты. При этом для светодиода не существует понятия оптимальной рабочей температуры в отличие от люминисцентной лампы, например, для которой идеальной температурой является 35°C. Если температура будет выше или ниже заявленной, то эффективность осветительного прибора заметно снизится. Для светодиодов уместно следующее: чем ниже температура, тем лучше. Пронаблюдать это можно в устройствах глубокой заморозки, где эффективность светодиодов значительно превышает референтные значения.
*Некоторые производители тестируют светодиоды при температуре 85°C вместо 25°C. Результаты указаны в так называемых «горячих люменах». Чем холодней, тем лучше – светоотдача падает, если температура растет

Температура определяет срок эксплуатации
Срок эксплуатации светодиода зависит также от рабочей температуры. Сегодня качественный светодиодный светильник должен работать около 50 000 часов. Однако для этого необходимо выполнение двух важных условий. Во-первых, указанный срок эксплуатации определяется с учетом рабочей температуры 80-85°C. Более высокие температуры значительно сокращают срок службы прибора. И наоборот более низкие температуры позволят продлить срок эксплуатации. И, во-вторых, следует учитывать тот факт, что светодиоды постепенно теряют свою освещенность. В среднем, через 50 000 часов работы световой поток светодиодов падает на 70% по сравнению с первоначальным уровнем. Рабочая температура влияет на срок эксплуатации – светодиоды работают до 50 000 часов при температуре 80-85°C

Особое внимание на охлаждение
Ответственные производители уделяют огромное внимание терморегуляции своих светодиодных светильников. Для достижения поставленных задач они используют охлаждающие пластины и специальную токопроводящую фольгу. Благодаря таким действиям рабочая температура светодиодов варьируется в пределах 60°C, и срок эксплуатации прибора, таким образом, существенно увеличивается.

Копирование запрещено. Права на перевод принадлежат Компании «Лунный Свет» согласно ст. 1260 ГК РФ.

www.lsvet.ru

Температура светодиодных ламп: таблица, уровни

Светодиодные изделия на сегодняшний день пользуются огромным успехом у потребителей. Всего за пару лет новые источники света стали использоваться практически повсеместно. Светодиодные лампы нужны для авто, наружной рекламы, дома и других сфер человеческой деятельности.

Но сегодня мы будем говорить не о том, как эти лампочки применяются дома, в помещениях общественного назначения, в авто и т.д. В этой статье мы поговорим о том, что такое цветовая температура светодиодных ламп и как этот показатель влияет на их нагрев. Но чтобы разобраться в таком понятии, как led-нагрев, необходимо начать с азов.

Суть света

Свет, как физическое явление, может иметь различные проявления. При разном свете мы будем видеть предметы и окружающую нас действительность в разных оттенках, что, несомненно, отразится на нашем мировосприятии. При этом мы можем воспринимать объекты четче или искаженнее.
За правильность освещения и то, как мы будем его воспринимать окружающее пространство, отвечает цветовая температура и индекс цветопередачи.

Обратите внимание! Для оптимального подбора любого источника света (не только светодиодного) для дома, улицы, авто и прочих сфер человеческой деятельности, обязательно необходимо учитывать эти два параметра. В противном случае вам будет некомфортно находиться в освещаемом помещении.

Свечение светодиодной лампы

Цветовая температура у светодиодных ламп должна отвечать определенным требованиям, чтобы не приносить неудобств. Это основная характеристика любого типа лампочек, особенно тех, которые способны на нагрев. Стоит отметить, что светодиодные источники света способны на самый минимальный нагрев. Поэтому, даже несмотря на то, что они способны немного греться, их активно используют в тандеме с натяжными потолками.
Цветовая температура определяет у светового излучения спектральный состав, который должен объективно восприниматься зрительными анализаторами человека (глазами). Измеряется данный показатель у светодиодных ламп, впрочем, как у других источников света, с помощью колориметра. А сами измеряется он в обратных микроградусах или миредах.
При выборе светодиодных моделей потребитель должен быть знаком с этим показателем, чтобы сделать правильную покупку. Для определения оптимального диапазона цветовой температуры существует соответствующая таблица.

Таблица цветовой температуры

Обратите внимание! Данный показатель идентичен для других лампочек, широко используемых в мире.

При выборе источника света для дома, улицы или авто, необходимо помнить, что излучаемый лампочкой свет должен быть максимально приближен к естественному уровню освещенности.

Особенности диодного света

Светоизлучающий диод представляет собой полупроводниковый прибор, который формирует свечение при прохождении электрического тока через него. Свет, который способен излучать такой диод, располагается в достаточно узком спектральном диапазоне. При этом сам цвет будет завесить от материала, из которого изготовлен светодиодный полупроводник.
Формирование белого цвета у таких изделий достигается следующими способами:

комбинирование диодов разного цвета свечения с целью получения белого света. Данный способ позволяет получить отменное качество цвета с возможностью его подстройки. Но такой метод достаточно затратный, что сказывается на цене изделий, которые доступны не всем;
использование люминофоров для покрытия диодов. Это довольно дешевый и выгодный способ, который позволяет добиться более высокого коэффициента цветопередачи. Но здесь, из-за наносимого фосфорного покрытия, происходит снижение световой эффективности.

Строение лампы

Светодиодная лампочка состоит сразу из нескольких диодов или, как их иногда называют, чипов. Кроме этого здесь имеется драйвер, который представляет собой устройство, преобразующее переменный ток с напряжением в 220 Вольт в постоянный ток, необходимый для электропитания диодов. Благодаря такому строению эти источники света создают направленный световой поток, который характеризуется углом направленности для создаваемого свечения.

Что нужно знать

При выборе светодиодных лампочек необходимо знать, что для них есть такой параметр, как рабочая цветовая температура. Он отражает тот уровень, на котором источник света будет давать достаточно свечения. Здесь необходимо помнить, что автомобильные фары или светильники для дома должны обладать разными параметрами температуры свечения. В противном случае они не смогут эффективно освещать пространство вокруг себя.
При нахождении температуры в пределах 5000К, у излучаемого света спектральный состав будет более сбалансирован. Здесь он будет почти идентичным дневному солнечному свету. Индекс цветопередачи при таких параметрах будет равен 100. При этом максимальная цветовая температура редко используется, так как пограничные состояния могут нанести вред глазам.

Цветовая температура

Обратите внимание! При снижении цветовой температуры в свечении станет больше красного цвета и меньше синего. А чем выше показатель, тем в свечении будет больше синего и зеленого цветов. Это отлично видно на примере лампы накаливания, которая создает свечение с красноватым оттенком.

Светодиодные светильники в данном аспекте отличаются следующими положительными моментами:

корпуса ламп не греются. По факту, нагрев здесь все же происходит, только он практически неощутим. Нагрев при использовании подобного рода светильников заметен только на примере светодиодной ленты. Но и здесь основной нагрев идет только блока питания. Сами корпуса изделий не нагреваются;
создают качественный белый свет, который максимально подходит для наших глаз, если говорить об искусственном освещении.

Подсветка машин

Такие параметры позволили широко использовать светодиоды для подсветки дома, улиц и авто. На последнем случае стоит остановиться более подробно, так как авто может иметь светодиодный тюнинг как фар, так и всего кузова.
Тем не менее, здесь имеются и свои недостатки. Так, несмотря на то, что такие изделия почти не греются, а их корпуса не деформируются из-за постоянного перегрева, они не всегда эффективно воспроизводят остальные оттенки свечения.

Различие светодиодных ламп

Между собой светодиодная продукция отличается коэффициентом цветовой температуры. На сегодняшний день вся продукция, вне зависимости от предназначения (улица, дом, авто) делится на три основные группы по диапазону свечения:

диапазон в пределах 2700-3500К. Такие изделия излучает белый теплый свет, который очень похож на свечение ламп накаливания. Используется для жилых помещений;
диапазон в пределах 3500-5000К. Это так называемый нейтральный диапазон. Свечение здесь называется «нормальный белый». Свет, исходящий от лапочек, работающих в таком диапазоне, напоминает солнечный утренний свет. Подойдет для технических помещений дома (ванная комната, туалет), офисов, помещений учебного назначения;
диапазон в пределах 5000-7000К. Свечение, излучаемое в этом диапазоне, называется «холодный или дневной белый» свет. Он соответствует яркому дневному свету. Применяется для уличного освещения парков, аллей, парковок, рекламных щитов и т.д.

Разное свечение ламп

При несоответствии цветовой температуры 5000К оттенки, за исключением белого, будут иметь теплые тона (при превышении данного значения) или холодные (при уменьшении этого значения). При этом корпуса источников света не греются, что нисколько не влияет на продолжительность службы этих энергосберегающих лампочек.
Помните, выбирая подобную осветительную продукцию, необходимо обязательно отдавать предпочтение наиболее подходящему показателю индекса цветопередачи.

Заключение

Конечно, искусственному освещению сложно сравниться с естественным светом, но светодиодные лампочки из всего разнообразия моделей максимально близко приблизились к этому. К тому же они почти не нагреваются! Решив использовать для подсветки светодиодные источники света, нужно быть знакомым с таким показателем, как цветовая температура. От этого параметра зависит тот световой поток, который будет оказывать прямое влияние на зрительный анализатор человека. Если же цветовую температуру не брать во внимание, то ваша задумка не подарит желаемого удобства, а принесет только один дискомфорт.

1posvetu.ru

Цветовая температура светодиодных ламп / Статьи и обзоры / Элек.ру

«Не понравились мне эти ваши светодиоды! Вкрутил лампочку в зале, а свет, как в больнице…» Слышали такую фразу? Для удачного знакомства с новыми технологиями достаточно было обратить внимание на два волшебных слова в маркировке — «цветовая температура». Что это такое и как связано с именем лорда Кельвина? Разбираемся в материале.

Светодиоды: история и принцип работы

Светодиодные приборы вошли в быт сравнительно недавно и уже прочно обосновались в домах и общественных зданиях. Прародители современных источников света появились еще в начале XX в. Массовое производство LED-ламп началось уже в конце века после изобретения недорогих синих диодов.

Светодиод — это полупроводниковое устройство, основанное на принципе люминесценции. Оптическое излучение создается в результате пропускания через него тока.

Характеристики светодиодных ламп

В отличие от ламп накаливания, мощность — не единственный параметр, который следует учитывать при выборе светодиодных источников света. Так, световой поток характеризует интенсивность свечения, индекс цветопередачи отвечает за восприятие оттенков. Помимо этого, важен коэффициент пульсации: если его значение высокое, свет будет раздражать глаза. Наконец, цветовая температура отвечает за цвет свечения.

Что такое цветовая температура?

Цветовая температура — это параметр, характеризующий излучение, испускаемое телом. Единица измерения, кельвин, названа в честь автора термодинамической шкалы Уильяма Томсона, лорда Кельвина. Температуру, равную нулю, имеет абсолютно черное тело, 800 К — нижняя граница видимого излучения темно-красного цвета.

Теплый и холодный свет светодиодных ламп

Цветовая температура всех ламп накаливания примерно одинакова: значения находятся в диапазоне между 2 000 и 3 000 кельвинов. Теплое желтое свечение характеризуется, как приятное для глаз, уютное и способствующее расслаблению. Светодиодные источники разнятся сильнее: цветовая температура составляет от 2700 до 6500 К. При этом, интервал от 2700 до 3300 кельвинов — теплый белый свет, от 3300 до 5000 — нейтральный белый, более 5000 — холодный белый.

Применение LED-ламп с теплым светом

Поскольку теплое свечение способствует релаксации, то производящие его лампы и светильники лучше всего подходят для жилых помещений. С помощью светодиодных источников света с цветовой температурой до 3300 К создается освещение спален, детских, зон отдыха. Также их можно располагать над обеденным столом — еда будет выглядеть привлекательнее, а люди — чувствовать себя более комфортно. Кстати, к трюку с «аппетитной» подсветкой нередко прибегают владельцы кафе и ресторанов.

Однако есть исключения из общего правила. Если комната оформлена в холодных сине-зеленых тонах, теплый свет их заметно исказит, сделав голубые обои зеленоватыми, а синие — выцветшими. Решение — установка светильников с нейтральным или холодным свечением.

Использование светодиодных ламп с нейтральным светом

LED-лампы нейтрального света — универсальное решение и для жилых, и для общественных пространств. Их свечение способствует бодрости и повышает рабочий настрой. Такие источники света устанавливают в ванных комнатах, прихожих, кухнях, над письменными столами и другими поверхностями. Большинство учреждений, магазинов, офисов и учебных заведений оснащается приборами с цветовой температурой 3300 — 5000 кельвинов.

Нейтральный свет меньше других искажает цвета и подходит для интерьеров и в теплой, и в холодной гамме.

LED-лампы холодного света: сфера применения

«Специализация» ламп холодного света — освещение производственных и других рабочих помещений, медицинских кабинетов, подсветка витрин с ювелирными изделиями. Светильники, создающие холодное свечение, следует использовать осторожно из-за ослабления красных и желтых оттенков. Так, красный приобретает фиолетовые «нотки», оранжевый — буреет, а желтый становится зеленоватым. Кроме того, источники света с температурой более 5000 К, могут создать напряженную и тревожную атмосферу, особенно в небольшом пространстве.

Полный ассортимент светодиодных ламп представлен в каталоге.

Источник: ЗАО «Компания Электрокомплектсервис»