בעיית התחממות יתר של נורות לד ופתרונות תאורה

בהשוואה למקורות אור דוהים במהירות, למקורות LED יש רק פגם אחד, אך פגם חמור מאוד. עמידותם ואמינותם תלויים במידה רבה ביעילות של הסרת החום מרכיבים פולטי אור. לכן מעגל ההגנה של ה- LED מפני התחממות יתר הוא מרכיב חשוב בכל מערכת תאורת לד איכותית.

ממוצע תאורת led יעילות אנרגיה (רווחיות) גבוהה פי עשרה לעומת נורה מסורתית עם נימה. עם זאת, אם הנורית אינה מותקנת ברדיאטור בשטח מספיק, סביר להניח שהוא ייכשל במהירות. מקובל, מבלי להיכנס לפרטים, כי נוריות תאורה יעילות יותר דורשות פיזור חום יעיל יותר מאשר אלה המקובלות.

הבה בכל זאת נבחן את הבעיה לעומק. נעריך שתי מנורות: הראשונה היא הלוגן, השנייה היא LED. ואחרי זה - בואו לשים לב לדרכים לשמר את עמידות נוריות הלד ולהאריך את חיי הנהגים שלהם. העובדה היא שחלק המגן של מערכת תאורת ה- LED אמור להבטיח את תפקודם הבטוח של נוריות ה- LED ומעגלי הנהג כאחד.

לדוגמא, יש לנו שני אורות. שני המכשירים מספקים עוצמת אור של 10 וואט. ההבדל היחיד הוא שזרקור הלוגן דורש 100 וואט כוח חשמלי, ונורת לד בלבד 30 וואט.

אנו יודעים כי נוריות LED יעילות פי עשרה באור המיוצר, אך במציאות הן רגישות ביותר לטמפרטורות גבוהות, ולכן משטר הטמפרטורות בו המרת אנרגיה זרם חשמלי לאור חשובה מאוד עבורן.

עבור מכשיר תאורה עם מנורת הלוגן, טמפרטורת עבודה אפילו ב- +400 מעלות צלזיוס היא נורמה בטוחה, ואילו עבור נורות לד, טמפרטורת גביש של +115 ° C כבר מסוכנת באופן קריטי, והטמפרטורה המרבית של מארז הדיודה היא +90 מעלות צלזיוס בלבד. לכן אסור לאפשר לד נורמלי להתחמם יתר על המידה, וישנן כמה סיבות לכך.

עם עליית הטמפרטורה במעבר פולט האור, יעילות האור של הלד יורדת וזה תלוי הן בעיצוב הנורית והן במצב הסביבה. בנוסף, נוריות נוריות שונות, באופן עקרוני, במקדם הטמפרטורה השלילי של ירידת המתח הישירה על פני הצומת. המשמעות היא שעם עליית טמפרטורת המעבר, ירידת המתח הישירה על פניו פוחתת. בדרך כלל מקדם זה משתנה בין -3 ל -6 mV / K.

לפיכך, אם בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס ירידת המתח הישירה על נורית LED היא 3.3 וולט, אז בטמפרטורה של 75 מעלות צלזיוס היא כבר תהיה 3 וולט או פחות. ואם מנהל התקן ה- LED לא מפחית את המתח בכל נוריות ההרכבה ככל שהטמפרטורה עולה, אז ברגע דק אחד הזרם יישמר גבוה מספיק, מה שיוביל לחימום יתר, עומס יתר, ירידה נוספת בירידת המתח הישירה ועלייה מהירה עוד יותר בטמפרטורת הגביש. מנורות LED זולות עם הגבלת זרם התנגדות מראות לרוב חסרון זה ברגע הכי לא צפוי.

סיבוכים לתנודות במתח אספקת החשמל בשילוב עם הבדלים בצניחת מתח ישירה על הלד (בשלב הייצור הנורות לד אינן זהות באופן אידיאלי לפרמטר זה), ובשל מקדם הטמפרטורה השלילי של ירידת המתח - בכל עת, גורמים אלה יחד יכולים לגרום להפרת בטיחות מצב הפעולה של ה- LED ומעורר שקופית להרס העצמי שלה.

כמובן שאם העיצוב של מנורת הלד (במיוחד הרדיאטור) אמין מספיק, אזי ניתן להזניח טיפות בהירות לטווח הקצר, מכיוון שהם נדירים מאוד והתחממות יתר אלה הם לטווח הקצר. אבל אם התחממות יתר מתמשכת, אז עליית הטמפרטורה הופכת מייד לאיום ממשי על המנורה.

הסיבות לכישלון נוריות LED כאשר הן מתחממות יתר על המידה

נוריות נוריות נהרסות מחימום יתר מכמה סיבות. הסיבה הראשונה היא שינוי בלחץ המכני בתוך הגביש הפולט אור והרכבת LED המונוליטית. השנייה היא הפרה של הדוק, חדירת רטיבות וחמצון. שכבת האפוקסי המגן נשברת, דלמינציה מתרחשת בגבולות ומגעי הגביש עוברים קורוזיה.

שלישית, עלייה במספר הניתוקים בגביש מובילה לשינוי בנתיבי הזרם ולהופעת נקודות של עודף צפיפות זרם, וכתוצאה מכך לחימום יתר של נקודות אלה. לבסוף - תופעת דיפוזיה של מתכות במגעים בטמפרטורות גבוהות, מה שמביא בסופו של דבר גם לחוסר יכולת הפעלה של הלד.

מפתחי LED מנסים כמיטב יכולתם למזער את גורמי הכשל הללו, ולכן כל הזמן הם משפרים טכנולוגית את תהליך הייצור. עם זאת, בגלל התחממות יתר, הכישלונות עדיין בלתי נמנעים, אם כי הם נפוצים פחות עם השיפור בתהליך הייצור.

לחץ מכני הוא הגורם השכיח ביותר לכישלון מוקדם של נוריות. בשורה התחתונה, במהלך התחממות יתר, חומר האיטום מתרכך, המגעים החשמליים ומוליכי החיבור נעקרים ממצב "מפעל", וכאשר הטמפרטורה צונחת סוף סוף מתרחש הקירור ואיטום מתמצק שוב, אך יחד עם זאת לוחץ על החיבורים העקורים מעט, שבסופו של דבר מוביל להפרה ברורה של המוליכות האחידה בתחילה. למרבה המזל, נוריות LED המיוצרות ללא מוליכי חיבור חסרות מעצם החיסרון הזה.

מפרקים מולחמים בין הלד למצע מצויים גם הם בבעיה דומה. מחזורית קבועה, בלתי נראית לעין, מתרככת ומתקשה עם הופעת סדקים אצל המוכרים והפרת המגע הראשוני. זו הסיבה שתקלות LED מתרחשות בגלל מעגל פתוח, ולרוב פער זה לא נראה. כדי למנוע בעיה זו, אתה יכול למזער את ההבדל בין טמפרטורת ההפעלה הבטוחה של נורית לד לבין טמפרטורת הסביבה.

נוריות LED חזקות (הצריכות יותר חשמל) נותנות יותר אור, אך תפוקת האור שלהן עדיין מוגבלת. זו הסיבה שלעתים קרובות יש לצרכנים ויצרנים פיתוי מסוכן להפעיל את נורות הלד במנורה במלוא העוצמה על מנת להגיע לבהירות המרבית האפשרית. אבל זה ממש מסוכן אם לא מספקים מספיק קירור יעיל.

כמובן שמעצבים רוצים ליצור גופי אלגנטיים עם צורות מעניינות, אך לפעמים הם שוכחים כי יש צורך להבטיח תנועה אווירית נאותה ופיזור חום נאות - זה לרוב הדבר החשוב ביותר עבור נורות LED, בעקבות מקור כוח יציב ואיכותי.

והתקנת נורות לד חשובה. אם מנורה אחת מותקנת מעל השנייה כחזקה, אז ניתן להאט את זרימת האוויר מהמנורה התחתונה על ידי זו העליונה, ולכן התחתונה תהיה בתנאי טמפרטורה גרועים יותר. או למשל, בידוד תרמי בקיר או בתקרת חדר יכול להפריע לפיזור החום, גם אם במהלך תכנון המנורה כל החישובים התרמיים בוצעו בצורה מושלמת וטכנולוגית זה נעשה בצורה הכי נכונה שאפשר. בכל מקרה, ההסתברות לכישלון עולה רק בגלל הפריחה וההתקנה של אנאלפבית של המוצר המוגמר.

אחד הפתרונות הראויים לבעיית התחממות יתר של נוריות LED הוא הכללת הגנת הטמפרטורה במעגל הנהג עם משוב בדיוק על ידי הטמפרטורה. כאשר הטמפרטורה של הרדיאטור מסיבה כלשהי עלתה בצורה מסוכנת - כדי להוריד את הכוח, כדי לשמור על הטמפרטורה בטווח הבטוח, הזרם יורד אוטומטית.

הפיתרון הפשוט ביותר הוא להוסיף לסכימה. מקדם טמפרטורה חיובי (אפשר עם מקדם טמפרטורה שלילי, אבל אז המעגל צריך להפוך את האות במעגל המשוב).

דוגמה להגנה תרמית באמצעות תרמיסטור

לדוגמה, שקול מעגל המבוסס על בקר מיקרו מיוחד עם מעגל מגביל זרם. כאשר הטמפרטורה עולה מעל סף מסוים (שנקבע על ידי תרמיסטור ונגדים), תרמיסטור עם מקדם התנגדות חיובי, המותקן על צינור הקירור יחד עם נוריות LED, מגדיל את ההתנגדות שלו, מה שמביא לירידה מקבילה בזרם במעגל הפלט של הנהג.

בהקשר זה, מעגלי נהגים עם בקרת בהירות הם מאוד נוחים PWM (אפנון רוחב דופק), המאפשר להתאים בו זמנית ובאופן ידני את הבהירות ולהגן על נוריות הלחץ מפני התחממות יתר.

פיתרון עם תרמיסטור נוח בכך ששינוי בזרם, ומכאן ירידת בהירות, יתרחש בסכמה כזו בצורה חלקה, באופן בלתי נראה לעיניים ולמערכת העצבים, מה שאומר ששום דבר לא ירצד ולא יגרום לגירוי לאנשים ובעלי חיים מסביב. הטמפרטורה של הגבול העליון נקבעת בפשטות על ידי בחירת תרמיסטור ונגד. זה הרבה יותר טוב מפתרונות עם חיישני טמפרטורה, שפשוט פותחים את המעגל בחדות וממתינים עד שהרדיאטור יתקרר ואז מדליק שוב את התאורה בבהירות מלאה.

מתמחה שבבי נהג LEDכמובן שעולים כסף, אך האמינות והעמידות של המנורה המתקבלת בתמורה ישלמו שוב ושוב עבור השקעה זו.

כדאי לזכור שבכפוף לתנאי הטמפרטורה הרגילים של נוריות הלד, חיי השירות שלהם נמדדים בעשרות אלפי שעות, ואז שאלות לגבי עלויות החומר של הנהג "הנכון" נעלמות מעצמן.

חשוב רק לספק לנהג טמפרטורה נמוכה קבועה, בשביל זה אתה פשוט לא צריך למקם אותו קרוב לרדיאטור של נוריות הלד. לא נכון טועה מי ששואף לאטום את מיקום הרכיבים בתוך המקרן. עדיף להציג את דיור הנהג כיחידה נפרדת. כאן, בטיחות וזהירות הם המפתח לעמידות של נוריות לד.

מעגלי המיקרו הטובים ביותר לניהול צריכת חשמל של נוריות לד מצוידים במעגלים פנימיים להגנה מפני התחממות יתר של עצמם למקרה והמיקרו-מעגל, מסיבות עיצוביות של מעצב המנורות, בכל זאת צריך להיות ממוקם בבית אחד עם רכיבי חימום ניכרים, כמו רדיאטור. אבל עדיף לא לאפשר למעגל המיקרו להתחמם מעל 70 מעלות צלזיוס ולהצטייד ברדיאטור משלו. ואז גם נוריות ה- LED וגם המיקרו-מעגל של הנהג יחיו זמן רב יותר.

פיתרון באמצעות שני תרמיסטורים מחוברים לסדרה במעגל הגנה תרמית עשוי להיות מעניין. אלה יהיו תרמיסטורים שונים מכיוון שמגבלות הטמפרטורה הבטוחות למעגל המיקרו ולנורות הלד שונות. אך התוצאה תושג מה שצריך - בקרת בהירות חלקה הן כאשר הנהג מתחמם יתר על המידה, והן כאשר נוריות הלחץ מתחממות יתר על המידה.