Евгений Смолин Завод Светорезерв рассказывает нашему изданию почему выгодно внедрять светодиодную продукцию

Начать я хотел бы с такого немаловажного аспекта как срок службы светодиодных светильников.

В разных источниках и публикациях указаны чрезвычайно разные данные о сроках непрерывной работы. В некоторых статьях пишут, что светодиод будет светить не менее 100 тысяч часов, а в других – 30 тысяч часов. Хотя 30 тысяч часов – немало, ведь это больше трех лет непрерывной работы, а если светодиод будет работать, например 10 часов в сутки, то это 8 лет эксплуатации.

Основные факторы, влияющие на срок службы светодиода:

  • качество светодиодного кристалла;
  • величина прямого тока через p-n-переход кристалла;
  • температура p-n-перехода светодиода.

От качества светодиодного кристалла, которое должно обеспечиваться изготовителем, зависит длительность безотказной работы светодиода. Для длительной «жизни» светодиода нужен контроль величины тока через кристалл и его температуры. При эффективности 100 лм/Вт приблизительно 70% электроэнергии проходящей через светодиод превращается в тепло. С ростом силы тока и температуры кристалла уменьшается срок службы светодиода, причем зависимость носит экспоненциальный характер. Например, срок службы светодиода в 50 000 часов можно обеспечить при токе 1,5 А и температуре p-n-перехода 115 градусов, или при токе 350 мА и температуре 115 градусов. Производители светодиодов указывают допустимые значения температур на выпускаемые светодиоды в паспортах. Несоблюдение теплового режима ведет к значительному сокращению срока службы светодиода. Кроме того важнейшее преимущество светодиодных приборов – большой срок службы, пропадает.

От конструкции, к примеру, промышленного светодиодного светильника в значительной мере зависит тепловой режим светодиодов. Проверить эффективность отвода тепла светильником потребитель не может, но он может потребовать у разработчиков светильника отчеты о результатах испытаний теплового режима и надежности светодиодов. Ответственность за соблюдение теплового режима в процессе эксплуатации возлагается на пользователя, который обязан правильно установить светодиодный светильник. При работе светильника тепло от светодиодов передается корпусу и от него излучается в окружающее пространство или стене, на которой закрепляется конструкция. Если будут нарушены рекомендации изготовителя по установке, то ухудшение теплообмена приведет к повышению температуры кристаллов светодиодов, а значит к значительному сокращению срока службы и эффективности изделия. Распространенным примером может служить установка светильника в подвесной потолок. Из-за отсутствия необходимого объема воздуха светильник перегревается. Недопустимо изолировать светодиодный светильник, каким либо материалом. Некоторые типы светильников снабжены защитой от чрезмерного нагрева, что довольно хорошо защищает изделие от преждевременного выхода из строя. Но с другой стороны должны быть применены такие конструкторские решения, которые позволят нормально работать изделию в широком температурном диапазоне при запыленности корпуса светильника. Яркие светодиодные лампы, в отличие от ламп накаливания, не перегорают, у них со временем просто уменьшается световой поток. Поэтому нужно знать, что такое срок службы, по мнению производителя светильников. Срок службы определяется характеристикой L70, которая показывает время уменьшения потока на 30%.. Для светодиодных светильников развлекательного характера используется характеристика L50 (уменьшение на 50%).

Именно поэтому вторым важным критерием при выборе изделия, является вопрос отведения тепла от корпуса мощных светодиодов

Внутренняя температура кристалла зависит от величины теплового сопротивления.

Чтобы уменьшить внутреннюю температуру кристалла и продлить срок службы светодиода нужно обеспечить низкое тепловое сопротивление между кристаллом и металлической подложкой. Но ее недостаточно для эффективного рассеивания всей тепловой энергии излучаемой кристаллом. Для уменьшения теплового сопротивления применяются специальные конструкторские решения, которые увеличивают срок службы за счет стабильной температуры перехода. Тепловой баланс конструкции светильника очень важен для стабилизации температуры кристалла светодиодов значительной мощности. Поэтому повышенное внимание на тепловой режим конструкции для управления и стабилизации температуры светодиодов большой мощности. Светодиоды мощностью свыше 1 Вт нуждаются в теплоотводах. Применяются два основных метода отведения тепла в окружающую среду:

  • на печатной плате создаются сквозные отверстия, и устанавливается радиатор;
  • радиатор и металлическая печатная плата.

Сквозные отверстия для отвода тепла

Такой способ – разводка многослойной печатной платы с металлизированными отверстиями, на которой создаются большие площадки из меди. Площадка для пайки указывается в техническом описании для предотвращения сдвигов в процессе автоматизированной пайки. Металлизированная площадка (медная) должна превышать по размеру маску припоя и размещаться на каждом слое многослойной платы. В таком случае тепло будет отводиться от перехода светодиода к металлическому основанию, припаянному к медной площадке на печатной плате. Благодаря высокой теплопроводности меди тепло равномерно распределяется по медной площадке. Через сквозные отверстия отводится тепло от других слоев платы на ее обе стороны. Такой метод обеспечивает эффективное рассеивание тепла. На печатной плате должно быть не менее 50 термальных отверстий диаметрами от 0,3 до 0,5 мм пронизывающих разные слои печатной платы.

Монтируется печатная плата на радиатор с прокладкой из теплопроводящей пленки или клея и крепится винтами. Радиаторы из прессованного алюминия должны соответствовать форме медной площадки и прилегать по всей ее поверхности. Допускается использование радиаторов иной формы и величины, но он должен плотно прилегать по всей поверхности медной площадки.

Самый удобный способ отвода тепла от светодиодов – металлические печатные платы. Следует признать, что этот метод удорожает изделие при разработке печатной платы для конкретной конструкции. Металлическая печатная плата изготовляется из алюминия толщиной от 1,5 до 3 мм. Величина теплового сопротивления от кристалла мощных светодиодов до металлической платы типа «звезда» около 18 К/Вт. Нижней изолированной стороной печатной платы ее можно монтировать на радиатор используя теплопроводные материалы. Радиатор по размерам и форме должен соответствовать размеру печатной платы и обладать хорошей способностью рассеивать тепло. На рынке имеется огромный выбор радиаторов, подходящих для этой цели. Неплохим конструкторским решением можно признать монтаж печатной платы со светодиодами на массивную металлическую пластину, которая обеспечит эффективный отвод тепла.

Дата размещения: 29 января 2015 года




Вернуться