مشكلة ارتفاع درجة حرارة المصابيح الإضاءة والحلول

عند مقارنتها بمصادر الإضاءة التي تتلاشى بسرعة ، فإن مصادر LED بها عيب واحد فقط ، لكن به عيب خطير للغاية. تعتمد متانتها وموثوقيتها إلى حد كبير على كفاءة إزالة الحرارة من مكونات انبعاث الضوء. لذلك ، فإن دائرة حماية LED من الحرارة الزائدة تعد مكونًا مهمًا في أي نظام إضاءة LED عالي الجودة.

المتوسط إضاءة الصمام عشرة أضعاف متفوقة في كفاءة الطاقة (الربحية) لمبة ضوء التقليدية مع خيوط. ومع ذلك ، إذا لم يتم تثبيت LED على المبرد من مساحة كافية ، فمن المرجح أن تفشل بسرعة. من المقبول عمومًا ، دون الخوض في التفاصيل ، أن مصابيح LED الأكثر كفاءة تتطلب تبديدًا للحرارة أكثر فاعلية من تلك التقليدية.

دعونا مع ذلك دراسة المشكلة بعمق أكبر. سنقوم بتقييم مصباحين: الأول هو الهالوجين ، والثاني هو LED. وبعد ذلك - دعنا ننتبه إلى طرق الحفاظ على متانة المصابيح وإطالة عمر برامج التشغيل الخاصة بها. الحقيقة هي أن الجزء الواقي من نظام إضاءة LED يجب أن يضمن التشغيل الآمن لكل من LEDs ودوائر السائق.

على سبيل المثال ، لدينا اثنين من الاضواء. يوفر كلا الجهازين 10 واط من الطاقة الضوئية. الفرق الوحيد هو أن مصباح الهالوجين يتطلب 100 واط من الطاقة الكهربائية ، ومصباح LED فقط 30 واط.

نحن نعلم أن مصابيح LED تكون أكثر فعالية بنحو 10 أضعاف في الضوء المنتج ، لكنها في الواقع حساسة للغاية لدرجات الحرارة المرتفعة ، وبالتالي فإن نظام درجة الحرارة الذي يكون فيه تحويل طاقة التيار الكهربائي إلى الضوء مهمًا للغاية بالنسبة لهم.

بالنسبة إلى وحدات الإنارة التي تحتوي على مصباح هالوجين ، فإن درجة حرارة العمل حتى عند +400 درجة مئوية تعد معيارًا آمنًا ، في حين أن درجة حرارة البلورات التي تبلغ +115 درجة مئوية خطيرة جدًا بالفعل ، وتكون درجة الحرارة القصوى لحالة الصمام الثنائي +90 درجة مئوية فقط. لذلك ، يجب عدم السماح لمصباح LED بالارتفاع ، وهناك عدة أسباب لذلك.

مع زيادة درجة حرارة الانتقال الباعث للضوء ، تتناقص كفاءة إضاءة LED ، ويعتمد ذلك على تصميم LED وعلى حالة البيئة. بالإضافة إلى ذلك ، المصابيح ، من حيث المبدأ ، تختلف في معامل درجة الحرارة السلبية لانخفاض الجهد المباشر عبر تقاطع. وهذا يعني أنه مع زيادة درجة حرارة الانتقال ، ينخفض ​​انخفاض الجهد المباشر عبرها. عادة ، يختلف هذا المعامل من -3 إلى -6 mV / K.

وبالتالي ، إذا كان انخفاض الجهد المباشر عبر الصمام عند درجة حرارة 25 مئوية هو 3.3 فولت ، فعند 75 درجة مئوية سيكون 3 فولت أو أقل بالفعل. وإذا لم يقلل برنامج تشغيل LED من الجهد في جميع مصابيح LED مع ارتفاع درجة الحرارة ، فسيتم الحفاظ على التيار في لحظة واحدة عالية بشكل غير كاف ، مما سيؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة الزائد والحمل الزائد وانخفاض إضافي في انخفاض الجهد المباشر وزيادة أسرع في درجة حرارة البلورة. غالبًا ما تُظهر مصابيح LED الرخيصة ذات التقييد الحالي المقاوم هذا العيب في اللحظة غير المتوقعة.

التحمل للتقلبات في جهد مزود الطاقة بالاقتران مع الاختلافات في انخفاض الجهد المباشر على LED (في مرحلة الإنتاج ، المصابيح غير متطابقة بشكل مثالي لهذه المعلمة) ، وبسبب معامل درجة الحرارة السلبية لانخفاض الجهد - في أي وقت ، يمكن أن تتسبب هذه العوامل معًا في حدوث انتهاك للسلامة طريقة تشغيل LED وإثارة شريحة لتدمير الذات.

بالطبع ، إذا كان تصميم مصباح LED (خاصة المبرد) موثوقًا بدرجة كافية ، فيمكن إهمال قطرات السطوع على المدى القصير ، نظرًا لأنها نادرة جدًا وأن هذه الحرارة الزائدة تكون قصيرة الأجل. ولكن إذا كان ارتفاع درجة الحرارة مستمرًا ، فإن ارتفاع درجة الحرارة يتحول فورًا إلى تهديد حقيقي للمصباح.

أسباب فشل المصابيح عند ارتفاع درجة الحرارة

يتم تدمير المصابيح عن طريق الانهاك لعدة أسباب. السبب الأول هو حدوث تغيير في الضغط الميكانيكي داخل الكريستال الذي ينبعث منه الضوء ومجموعة LED متجانسة. والثاني هو انتهاك للضيق ، اختراق الرطوبة والأكسدة. تتدهور طبقة الايبوكسي الواقية ، ويحدث التعرية عند الحدود ، وتخضع التلامس البلوري للتآكل.

ثالثًا ، تؤدي الزيادة في عدد الاختلالات في البلورة إلى حدوث تغيير في المسارات الحالية وظهور نقاط ذات كثافة حالية زائدة ، وبالتالي زيادة في درجة حرارة هذه النقاط. أخيرًا - ظاهرة انتشار المعادن عند التلامس عند درجات حرارة مرتفعة ، الأمر الذي يؤدي أيضًا في النهاية إلى عدم تشغيل LED.

يبذل مطورو LED قصارى جهدهم لتقليل عوامل الفشل هذه ، وبالتالي يقومون طوال الوقت بتحسين عملية الإنتاج تقنيًا. ومع ذلك ، بسبب ارتفاع درجة الحرارة ، لا تزال حالات الفشل حتمية ، على الرغم من أنها أصبحت أقل شيوعًا مع تحسين عملية الإنتاج.

الضغط الميكانيكي هو السبب الأكثر شيوعًا للفشل المبكر لمصابيح LED. خلاصة القول هي أنه خلال التسخين الزائد ، تنطفئ المادة المانعة للتسرب ، ويتم إزاحة الملامسات الكهربائية وموصلات التوصيل من وضع "المصنع" ، وعندما تنخفض درجة الحرارة أخيرًا ، يحدث التبريد ويتصلب مانع التسرب مرة أخرى ، ولكن في نفس الوقت يضغط على التوصيلات النازحة قليلاً ، والتي في النهاية يؤدي إلى انتهاك واضح للتوصيل الموحد في البداية. لحسن الحظ ، فإن مصابيح LED المصنوعة دون توصيل الموصلات خالية عملياً من هذا العيب.

تواجه المفاصل الملحومة بين LED والركيزة أيضًا مشكلة مماثلة. دوري دوري ، غير مرئي للعين ، نهاية تليين وتصلب مع ظهور تشققات في الجنود وانتهاك الاتصال الأولي. هذا هو السبب في فشل الصمام يحدث بسبب دائرة مفتوحة ، وغالبا ما تكون هذه الفجوة غير مرئية. لمنع هذه المشكلة ، يمكنك تقليل الفرق بين درجة حرارة التشغيل الآمنة لل LED ودرجة الحرارة المحيطة.

تعطي المصابيح القوية (تستهلك طاقة كهربائية أكبر) مزيدًا من الضوء ، ولكن لا يزال ناتج الضوء محدودًا. هذا هو السبب في أن المستهلكين والمصنعين غالبًا ما يكون لديهم إغراء خطير لتشغيل مصابيح LED في المصباح بكامل طاقته من أجل الحصول على أقصى درجات السطوع الممكنة. لكنه أمر خطير حقًا إذا لم توفر تبريدًا فعالًا بدرجة كافية.

بالطبع ، يريد المصممون إنشاء تركيبات أنيقة ذات أشكال مثيرة للاهتمام ، لكن في بعض الأحيان ينسون أنه من الضروري ضمان حركة الهواء الكافية وتبديد الحرارة الكافي - وهذا غالبًا ما يكون أهم شيء بالنسبة لمصابيح LED ، بعد مصدر طاقة مستقر وعالي الجودة.

نعم ، والتركيب المباشر لأضواء LED أمر مهم. إذا تم تثبيت مصباح واحد فوق الآخر بقوة ، فإن تدفق الهواء من المصباح السفلي يمكن أن يبطئ من المصباح العلوي ، وبالتالي سيكون المصباح السفلي في ظروف درجات حرارة أسوأ. أو ، على سبيل المثال ، يمكن أن يتداخل العزل الحراري في الحائط أو على سقف الغرفة مع تبديد الحرارة ، حتى لو تم إجراء جميع الحسابات الحرارية بشكل مثالي وتقني أثناء تصميم المصباح بشكل مثالي وتقني. ومع ذلك ، يزداد احتمال الفشل ببساطة بسبب التثبيت العشوائي والأمي للمنتج النهائي.

أحد الحلول المهمة لمشكلة ارتفاع درجة حرارة المصابيح هو تضمين حماية درجة الحرارة في دائرة السائق مع ردود الفعل بدقة من خلال درجة الحرارة. عندما تزيد درجة حرارة المبرد لسبب خطير - لخفض الطاقة ، من أجل الحفاظ على درجة الحرارة داخل النطاق الآمن ، ينخفض ​​التيار تلقائيًا.

أبسط الحلول هي الإضافة إلى المخطط. درجة حرارة معامل الحرارية الثرمستور (من الممكن مع معامل درجة حرارة سالبة ، ولكن بعد ذلك يجب أن تقلب الدائرة الإشارة في دائرة التغذية الراجعة).

مثال الحماية الحرارية باستخدام الثرمستور

على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك دائرة تعتمد على متحكم متخصص مع دائرة تحد التيار. عندما ترتفع درجة الحرارة فوق عتبة معينة (تحددها الثرمستور والمقاومات) ، يزيد الثرمستور ذو معامل المقاومة الإيجابي ، المثبت على غرفة التبريد مع المصابيح ، من مقاومته ، مما يؤدي إلى انخفاض مماثل في التيار في دائرة خرج السائق.

في هذا الصدد ، دوائر السائق مع التحكم في السطوع مريحة للغاية على مبدأ PWM (تعديل عرض النبضة) ، والذي يسمح لك بضبط السطوع بشكل متزامن ويدوي ، وحماية المصابيح من ارتفاع درجة الحرارة.

يعد الحل باستخدام الثرمستور ملائمًا حيث يحدث تغيّر في التيار ، وبالتالي انخفاض في السطوع ، في مثل هذا المخطط بسلاسة وبشكل غير مرئي للعينين والجهاز العصبي ، مما يعني أن شيئًا لن يرعش ولن يسبب تهيجًا للناس والحيوانات المحيطة. يتم تحديد درجة حرارة الحد العلوي ببساطة عن طريق اختيار الثرمستور والمقاوم. هذا أفضل بكثير من الحلول مع المستشعرات الحرارية ، التي تفتح الدائرة بشكل حاد وتنتظر حتى يبرد المبرد ، ثم قم بتشغيل الإضاءة مرة أخرى وسطوع تام.

متخصص رقائق الصمام سائق، بالطبع ، تكلف مالاً ، لكن موثوقية المصباح الذي تم الحصول عليه في المقابل ستدفع مقابل هذا الاستثمار بشكل متكرر.

تجدر الإشارة إلى أنه ، وفقًا لظروف درجة الحرارة العادية لتشغيل المصابيح ، يتم قياس مدة خدمتها بعشرات الآلاف من الساعات ، ثم تختفي الأسئلة المتعلقة بالتكاليف المادية للسائق "الصحيح" من تلقاء نفسها.

من المهم فقط تزويد السائق بدرجة حرارة منخفضة ثابتة ، لذلك لا تحتاج إلى وضعه بالقرب من مشع المصابيح. خطأ القيام به أولئك الذين يسعون جاهدين لختم وضع المكونات داخل جهاز العرض. من الأفضل عرض غطاء السائق كوحدة منفصلة. هنا ، تعد السلامة والحصافة هي المفتاح لمتانة المصابيح.

تم تجهيز أفضل الدوائر الدقيقة لإدارة طاقة LEDs بدوائر داخلية للحماية من ارتفاع درجة الحرارة في حالة ما إذا كان يجب وضع الدائرة الدقيقة ، لأسباب تصميم مطور الإنارة ، في نفس السكن مع مكونات تسخين ملحوظة ، مثل الرادياتير. لكن من الأفضل عدم السماح للدوائر الصغرية بالحرارة فوق 70 درجة مئوية وتجهيزها بمبرد خاص بها. ثم سيعيش كل من LEDs و microcircuit لفترة أطول.

حل باستخدام اثنين من الثرمستورات المتصلة سلسلة في دائرة الحماية الحرارية قد تكون مثيرة للاهتمام. ستكون هذه ثرمستورات مختلفة ، لأن حدود درجة الحرارة الآمنة للدوائر الدقيقة وللصمامات LED مختلفة. لكن النتيجة ستتحقق ما هو مطلوب - التحكم السلس في السطوع عند ارتفاع درجة حرارة السائق ، وعند ارتفاع درجة حرارة المصابيح.