اکثر اثرات مخرب دمایی بر روی ال ای دی ها می تواند به سرعت در آزمایشگاه اندازه گیری شود. اکنون ما به اثرات حرارتی بسیار طولانی می پردازیم. همانطور که در حال حاضر تعریف شده است ، گفته می شود که طول عمر یک لامپ LED برابر با زمان لازم برای رسیدن نیمی از لامپ به 70 درصد از خروجی نور اولیه آنها می باشد (L70 / B50) . خوب یا بد ، عمر LED به همین ترتیب تعریف می شود.
اولین چیزی که باید توجه کرد این است که جمع آوری داده ها مشکل است. پنجاه هزار ساعت حدود 8 سال کار مداوم است. هر 6 ماه نسل جدیدی از ال ای دی ها تولید می شود ، زمان لازم جهت اندازه گیری عمر قطعه قبل از منسوخ شدن وجود ندارد. بنابراین اندازه گیری طول عمر به برون یابی از داده های زمان کوتاه تبدیل شده است. به روشی کاملاً کلی ، انتظار داریم همه چیز در مقیاس زمانی لگاریتمی پیر شود. اگر یک پارامتر در 1000 ساعت 5٪ کاهش یابد ، انتظار داریم که در 9000 ساعت بعدی 5٪ کاهش یابد. متأسفانه ، این قانون آرنیوس در مورد پیری یک مکانیسم واحد اعمال می شود. در یک LED ، ما حداقل چهار مکانیزم پیری مستقل را شناسایی کرده ایم: چیپ ال ای دی ، فسفر ، لایه محافظ و بسته بندی. برای یک سیستم خاص ، به طور بالقوه حداقل چهار ثابت مختلف زمان پیری لگاریتمی وجود دارد.
به عنوان نمونه ای از این موارد ، یک مورد لامپ را در نظر بگیرید. برخی از LED ها دارای منحنی های نوری هستند که نشان می دهد در اولین 1000 ساعت کار ، افزایش اولیه ای در خروجی نور در جریان و دمای ثابت رخ می دهد. به نظر می رسد که این فقط یک اندازه گیری شانسی نیست. ظاهراً برخی از لامپ های آزمایش شده DOE نیز در اولین 1000 ساعت روشن تر شده اند. پس از آن ، آنها روند نزولی خود را همانطور که انتظار می رفت آغاز کردند.
در مورد دیگر ، سازنده دریافت که دو شیب لگاریتمی وجود دارد. در طی اولین 1000 ساعت ، نور نسبتاً سریع کاهش یافت. پس از آن ، شیب لگاریتم کاهش یافته و نور بسیار بسیار آهسته کاهش می یابد. نتیجه گیری این است که مکانیسم های مختلف پیری در تعامل هستند. این تعامل همان چیزی است که این مشکل را بسیار سخت می کند.
این مشکل چنان سخت است که انجمن مهندسی نور (IES) ، از آن صرف نظر کرد . LM-80 اندازه گیری میزان نگهداری لومن در منابع نور LED ، همانطور که از نام آن مشخص است ، تعیین این می باشد که چراغ های LED با افزایش عمر ، به چه مقدار نور خود را حفظ می کنند. کمیته ای متشکل از تولید کنندگان ال ای دی ، کار های بسیار زیادی را در این زمینه انجام دادند. نتیجه گیری این بود که هیچ روش کلی برای تخمین عمر 70٪ وجود ندارد. تنها راه شناختن طول عمر ال ای دی ها ، اندازه گیری واقعی آن است در اندازه گیری زمان L70 / B50 یک مشکل دیگر هم وجود دارد. بر اساس تعریف این زمانی است که نیمی از LED های تحت اندازه گیری به 70٪ از خروجی نور اولیه خود برسند. بنابراین این یک مدت زمان متوسط است. اما هیچ توضیحی در مورد انحراف از این استاندارد وجود ندارد. فرض کنید 48٪ از نمونه ها پس از اولین 2000 ساعت از کار بیفتند ، و دیگر برای 48،000 ساعت بعدی هیچ خرابی وجود نداشته باشد. زمان L70 / B50 50،000 ساعت است ، اما به نظر نادرست می باشد. از آنجا که هنوز هیچ کس نمی تواند اطلاعات داده ها را برون یابی کند ، این مشکل باید روزی حل شود.
طول عمر LED : خرابی غیر قابل تعمیر!
طول عمر LED ها متفاوت از لامپ های دیگر است. وقتی گفته می شود که طول عمر یک لامپ رشته ای 1000 ساعت است ، این بدان معنی است که پس از 1000 ساعت نیمی از نمونه های مورد آزمون از این لامپ ها سوخته است. فلامنت های آنها شکسته می شود و هیچ نوری تولید نمی کنند. به همین ترتیب ، برای لامپ فلوروسنتی ، زمانی که طول عمر آنها 8000 ساعت مشخص می شود ، به این معنی است که پس از 8000 ساعت نیمی از نمونه های در حال تست این لامپ ها خراب شده اند. یا فلامنت شان شکسته است و یا اینکه وکیوم تیوپ شان از بین رفته است.
طول عمر LED متفاوت است. با توافق صنعت ، صلاحدید این گونه شده است که “عمر” یک چراغ LED زمانی است که بعد از آن نیمی از نمونه های زیر تست چنین لامپ هایی 30٪ از نور اولیه خود را از دست بدهند. در این حالت لامپ های LED نمی سوزند ، بلکه کم نورتر می شوند. میزان عمر آنها تا 50٪ خرابی زیاد تر از این مقدار است و احتمالاً عمدتا توسط مدار راه انداز موجود در لامپ مشخص می شود.
LED به خودی خود دارای یک طول عمر مشخصی است که احتمالاً بسیار زیاد است ، شاید صدها هزار ساعت. این طول عمر با خرابی های دائمی و غیر قابل تعمیر مانند خرابی سیم بندی های داخلی یا جرقه داخلی تعیین می شود. به عنوان مثال ، در یکی از آزمایش های سازندگان مشخص شد که پس از 50،000 ساعت ، از یک نمونه از 68 دستگاهی فقط یک خرابی واقعی حاصل شده است.
چگونه چنین نابرابری بوجود آمده است؟لامپهای فلورسنت بسیار دقیق مهندسی شده اند. به نظر می رسد که تقریباً در زمان خرابی ، خروجی نور آنها حدود 70٪ از مقدار اولیه است. 70٪ زیاد مقدار قابل توجهی نیست زیرا سطحی است که در آن مردم می توانند شروع به صحبت در باره کم نور تر شدن آن بکنند. بنابراین به نظر می رسد که مشکل از تعریف نیست ، بلکه از حالت خرابی LED ها است. در اینجا یک پیشنهاد وجود دارد. آیا تولیدکنندگان می توانند یک پارامتر ساختاری را برای اعمال بهتر L70 B = 50 پیدا کنند؟ این امر باعث برابری LED ها با سایر منابع نوری می شود. و حتی بهتر است که این تعدیل منجر به توجیه پذیری اقتصادی بیشتر شود.
LED های موازی شده
موازی کردن دیود ها امری است که به ندرت رخ می دهد. از آنجا که LED ها دیود هستند ، بنابراین باید انتظار داشته باشیم که در مورد آنها نیز همین امر صادق باشد. بیایید نگاهی سریع به دلیل این امر بیاندازیم! اگر LED ها کاملاً یکسان باشند ، موازی سازی آنها قابل انجام خواهد بود. به عنوان مثال ، در یک شبیه سازی Spice ، هر LED دقیقاً همان ولتاژ مستقیم در برابر جریان را دارد. اگر دو تا از این LED های شبیه سازی شده را به منبع جریان وصل کنید ، هر کدام دقیقاً نیمی از جریان را می گیرند. دلیل این کار فیدبک منفی ولتاژ مستقیم است. اگر جریان در یکی بیشتر از دیگری باشد ، ولتاژ بیشتر خواهد بود. اما آنها موازی هستند ، بنابراین چنین چیزی اتفاق نمی افتد.
با این حال ، در یک مدار واقعی ، اثر فیدبک منفی با اثر فیدبک مثبت تعدیل می شود. دیود با جریان بالاتر داغتر می شود و ولتاژ مستقیمش را کاهش می دهد. این کاهش ولتاژ مستقیم باعث می شود که دیود جریان پایین نیز ولتاژ کمتری داشته باشد ، بنابراین جریان آن بیشتر کاهش می یابد.
بیایید ببینیم در یک مورد واقعی چه اتفاقی می افتد. ما تقریب پی در پی انجام خواهیم داد. فرض کنید که دو بسته LED در تماس کاملی از نظر حرارتی هستند. می توانیم فرض کنیم که هر دو آنها به طور محکم به یک قطعه ضخیم مس 1 اینچی متصل شده اند. (تصور نکنید که صفحه آلومینیومی با ضخامت 10 میلی متر دارای هدایت حرارتی نا محدود است ؛ اینگونه نیست.) بیایید دو LED از یک نوع که دارای ولتاژ مستقیم یکسان هستند را در نظر بگیریم که حداکثر 100 میلی ولت متفاوت هستند. برای سهولت در خواندن شکل زیر ، می توانیم فرض کنیم که یکی دارای 700 میلی آمپر جریان در ولتاژ اسمی 3.38 ولت باشد و دیگری هم دارای 3.48 ولت باشد. (به نابرابری موجود در دیتا شیت توجه کنید ؛ در قسمت پارامتر گفته می شود ولتاژ معمول راه اندازی در 700 میلی آمپر 3.60 ولت است.) در حال حاضر 1.4 A برای توزیع بین این دو داریم و از آنجا که موازی هستند ولتاژ یکسانی دارند. اگر دستگاهی جریان اسمی 800 میلی آمپر را مصرف کند ، ولتاژ 3.42 ولت دارد و دستگاه دیگری 600 میلی آمپر می گیرد و به آن ولتاژ 3.32 ولت + 100 میلی ولت = 3.42 ولت می دهد. (در اینجا مقداری را با استفاده از مقیاس 800: 600 حدس زدیم که خارج از نمودار می باشد).
این دستگاه در توان اسمی 800 × mA 3.42 = V 2.74W دارد و این در حالی که در دستگاه دیگر توان MA 600 V × 3.42 W = 2.05 را مصرف می کند. با مقاومت حرارتی 10 درجه سانتیگراد / وات از محل اتصال به بدنه ، چیپ در یک دستگاه 27 درجه نسبت به بدنه بالا تر است و در دیگری 21 درجه نسبت به بدنه بالاتر است. حال ، در نظر بگیرید که ولتاژ مستقیم 3 mV / ° C کاهش می یابد. اولین دستگاه 6 درجه گرمتر از دستگاه دیگر است ، بنابراین دارای ولتاژ مستقیم 18 میلی ولت پایین تر از دستگاه دیگر است. این امر باعث می شود که جریان اولی به میزان بسیار کمی افزایش یابد ، اما تغییر آنقدر کم است که نیازی به تکرار دوباره نداریم.
نتیجه گیری این است که ، حداقل برای این LED خاص در این ساختار ، فیدبک مثبت چشمگیر نیست اما نگران کننده است. یکLED 200میلی آمپر بیشتر از دیگری مصرف می کند. احتمالاً صدمه ای نخواهد دید ، اما 14 درصد از مقدار نامی 700 میلی آمپر آن فراتر رفته ایم. اما اگر صفحه فلزی متصل کننده این دو نازک تر باشد ، یا فاصله آنها بیشتر باشد ، ممکن است اختلاف دما جدی شود. در بدترین حالت که این دو LED اصلاً به هم متصل نیستند ، می توان تصور کرد که یک دیود بیشتر جریان را گرفت ، خیلی گرمتر از دیگری شود و در نهایت خراب شود.
ولتاژ راه اندازی به عنوان تابعی از جریان
