Снижение светового потока светодиодных светильников

Снижение светового потока LED светильника

В дан­ной статье мы рас­смот­рим при­чи­ны преж­де­вре­мен­но­го сни­же­ния свето­во­го по­то­ка LED све­тиль­ни­ка.

Вечных источников света, как и вечного двигателя, не существует. Даже такие «долгожители», как светодиоды, чей срок жизни может составлять до 100 000 часов, со временем теряют яркость свечения. Тем не менее, качественный светодиодный светильник способен сохранить до 70% своего изначального светового потока по истечении заявленного производителем срока службы.

Из-за чего световой поток светильника падает раньше времени? Вот основные факторы:

• деградация кристалла светодиода;
• старение люминофора;
• механические деформации;
• конструктивные дефекты, некачественные материалы и комплектующие.

Деградация кристалла

Белый светодиод – это кристалл, излучающий синий свет. Люминофор, которым покрыт кристалл, трансформирует этот свет так, что человеческим глазом он воспринимается как белый.

Мощность излучения снижается из-за деградации кристалла. Деградация происходит в результате повреждения кристаллической решетки. Поврежденные области генерируют тепло, но света не излучают. В результате значительная часть тока перестает проходить через участки кристалла, излучающие свет. В конечном итоге снижается напряжение на электродах светодиода, а вместе с ним и мощность.

Кристалл деградирует быстрее при превышении номинальной силы тока, указанной в документации, а также при эксплуатации светодиодов при рабочей температуре свыше допустимых значений.

Старение люминофора

Люминофор деградирует под воздействием высоких температур, ведь он наносится прямо на кристалл, довольно-таки сильно нагревающийся. При деградации люминофора помимо снижения яркости светодиода происходит изменение оттенка его свечения на более холодный, синий. Это происходит потому, что в спектре начинает преобладать собственное излучение кристалла.

Механические деформации

Нарушение технологии производства светодиодов приводит к появлению дефектов, проявляющихся в процессе эксплуатации светильника. К кристаллу светодиода припаиваются выводы и теплоотводящая подложка. Некачественная пайка ведет к разрушению соединений, что, в свою очередь, приводит к разрыву цепи. Нарушение соединения кристалла с теплоотводящей подложкой провоцирует ускорение деградации кристалла, т.к. нужное теплоотведение не обеспечивается, и светодиод работает при повышенной температуре.

Конструктивные ошибки, некачественные материалы и комплектующие

Как можно заметить, в основе большинства причин деградации светового потока светодиодов лежит нарушение температурного режима.

Срок жизни светодиодов резко сокращается при рабочей температуре свыше 90 С.

Конструкция светильника обязательно должна предусматривать теплоотводящие элементы и хороший тепловой контакт между корпусом кристалла и теплоотводом. Как правило, в качестве радиатора охлаждения выступает корпус светильника. Его температура не должна превышать 80 С. Раскаленный корпус – верный признак того, что светильник долго не прослужит.

Алюминиевый корпус светильника DS-Street обеспечивает равномерную тепловую нагрузку на светодиоды

«Съедать» световой поток может и вторичная оптика: пластмассовые линзы со временем мутнеют, а отражатели, зачастую изготавливающиеся из пластмассы, покрытой тонким слоем металла, тускнеют. Эти проблемы легко устраняются путем герметизации корпуса светильника и использования качественных современных материалов.

Нарушение температурного режима эксплуатации ведет к преждевременной деградации светодиодов и выходу светильника из строя. Превышение допустимой температуры возникает «благодаря» конструктивным ошибкам и некачественным компонентам. Как же не ошибиться при выборе светодиодного светильника? В первую очередь поинтересуйтесь, какие светодиоды установлены в светильнике. Доверия заслуживает продукция марок Cree, Nichia, Samsung и других мировых брендов, а вот от светильников со светодиодами непонятного происхождения лучше держаться подальше. Выбирайте светильники, чей гарантийный срок не слишком отличается от заявленного производителем срока службы и составляет 3-5 лет. Гарантия менее года — серьезный повод усомниться в качестве и надежности светильника. И помните, что добросовестный производитель не будет скрывать информацию о материалах и комплектующих, а также предоставит все необходимые сертификаты соответствия своей продукции стандартам качества.

Ищете надежный и долговечный светильник? Позвольте нам помочь!

Источник

Долговечность светодиодных ламп и снижение светового потока

Я провёл эксперимент и сравнил, как снижается световой поток разных светодиодных ламп в течение сорока минут после включения.

Перед любым тестированием я обязательно прогреваю светодиодные лампы не менее 30 минут. Дело в том, что любая светодиодная лампа за это время снижает свой световой поток по мере прогрева светодиодов и электроники.

С помощью самодельного «чёрного ящика» Lamptest-1 я измерил, как меняется световой поток двенадцати разных светодиодных ламп в первые сорок минут после включения. Для наглядности отобрал девять из них:

Первое, что бросается в глаза, — существенно большее падение яркости (здесь и далее я буду использовать это слово, не как технический термин, а как бытовое понятие) у лампы Saffit. Через 25 минут световой поток этой лампы упал почти до 70% от начального. Замечу, что это очень-очень плохая лампочка (заявлено 10 Вт, по факту 5 Вт, заявлено CRI 80, по факту 72, световой поток ещё не измерял, но думаю он тоже в районе половины заявленного). Такое падение говорит о том, что скорее всего светодиоды работают в режиме перегрузки. Долго такая лампочка не проработает.

Второй интересный момент — отличие графиков трёх филаментных ламп. Они быстрее нагреваются и быстрее стабилизируются. У лампы Camelion световой поток стабилизировался уже через пять минут после включения и после этого в течение 35 минут упал всего на 1%.

Интересный график у старой лампы OSRAM с тяжеленным радиатором (лампа весит целых 117 грамм). Она разогревается так медленно, что даже 40 минут не хватило для полной стабилизации светового потока.

Волнистый график у IKEA Ryet вызван пульсацией света (коэффициент пульсации у неё около 13%).

Возможно по степени падения светового потока можно делать прогноз долговечности ламп и если за 15 минут яркость упала более, чем на 20%, вероятность преждевременного выхода лампы из строя довольно высока.

Пока что у меня нет возможности так тестировать каждую лампу, но если сделать для Lamptest-1 специальную прошивку и самих приборов изготовить несколько штук, процесс вполне можно автоматизировать поставить на поток.

Источник

По каким основным причинам происходит деградация светодиодов?

После приобретения светодиодной лампы каждый потребитель рассчитывает, что она будет работать долго и прослужит весь гарантируемый производителем срок. Но чаще всего случается так, что через какое-то время ее световые качества ухудшаются, а в некоторых случаях она полностью выходит из строя. Этим и объясняется возросший интерес пользователей к выяснению причин ухудшения показателей полупроводниковых осветителей.

Факторы, влияющие на снижение качества освещения

Основными причинами постепенной деградации светодиодных ламп являются:

• Превышение допустимой силы тока.
• Неправильно выбранный тепловой режим.
• Неудовлетворительное качество полупроводникового кристалла.
• Некачественная сборка.
• Нарушение правил эксплуатации.

Обратите внимание: Заявленный производителем срок непрерывной работы светодиодов достигает 50-100 тысяч часов.

Последнее утверждение действительно лишь при условии, что ток потребления элемента не превышает 20 мА. Некоторые производители с целью экономии устанавливают некачественные светодиодные изделия, номинальный ток которых составляет всего лишь 5 мА. При рабочем токе в 20 мА эти приборы работают некоторое время, однако в таком режиме их ресурс сокращается, а интенсивность свечения заметно снижается.

Тепловой режим и плохое качество сборки

При работе светодиодного элемента выделяется тепловая энергия, для отвода которой он размещается на особой платформе, используемой в качестве радиатора (фото ниже).

Теми же производителями зачастую используются недостаточные по площади основания, что приводит к перегреву элемента и выходу его из строя.

Самой частой причиной деградации является применение при производстве некачественных чипов, собираемых по давно устаревшим технологиям. Эти методики в большей мере применяются при выпуске мобильных устройств и в светодиодных лампах уже не используются. Еще один фактор, определяющий длительность эксплуатации осветительного прибора – качество конвейерной сборки, не всегда удовлетворяющее требованиям действующих нормативов.

Нарушение правил эксплуатации

Еще одной достаточно распространенной причиной ухудшения показателей светодиодных приборов является нарушение установленных правил эксплуатации. Это утверждение чаще всего относится к светодиодным лентам (фото ниже).

Даже самая дешевая китайская лента на основе светодиодов сможет прослужить достаточно долго, если продумать систему отвода он нее излишков тепла. Один из таких способов предполагает ее крепление на специально подготовленном алюминиевом профиле. В этом случае тепловые излишки будут благополучно рассеиваться в окружающее пространство, что исключит возможность перегрева (фото ниже).

Источник

Основные причины падение светового потока и снижения качества света светодиодных ламп

Производители светодиодных ламп обещают очень большую длительность работы своих изделий от 20 тыс. часов и выше, самые современные светодиодные источники света способны работать без существенной потери своих характеристик до 100 тыс. часов.

Но существенной проблемой, с которой сталкиваются потребители, становится преждевременное снижение яркости светодиодных ламп, лент и модулей, а также смещение их цветовой температуры (обычно в сторону синего или желтого цветов).

Существует понятие эффективный срок службы – период падения мощности светового потока от начального на 30%. Хорошим примером деградации кристаллов светодиода служит данное изображение, только один из светодиодов на этом отрезке ленты сохранил первоначальную яркость.

Основные причины снижения светового потока

Перегрев светодиодных ламп — основная причина, из-за которой снижается яркость и качество светового потока. Несмотря на то, что такие источники света имеют очень высокий КПД, часть энергии все же преобразуется в тепло, большинство светодиодов не рассчитаны на нагрев выше 60-70 градусов (ряд современных изделий гарантированно работает без ухудшения характеристик при существенно более высоких температурах). На графике видно, что увеличение температуры на 11 градусов привело к снижению эффективного срока службы в несколько раз.

Конструкция типичной светодиодной лампы небольшой мощности

В большинстве ламп бытового класса размеры радиатора минимальны или его роль выполняет плата, на которой распаяны светодиоды. Более серьезные система охлаждения для светодиодных ламп (массивные радиаторы) используется при мощности от 18Вт. В моделях с мощностью более 40-50Вт, часто кроме радиатора используется еще и активная система охлаждения (куллер).

Также следует отметить, что особенно остро стоит проблема перегрева RGB светодиодов, поскольку красные светодиоды деградируют значительно быстрее, чем синие, что приводит к искажению цвета.

Перегрев светодиодов приводит к:

Деградации кристаллов светодиода. При перегреве возникают дефекты в кристаллических решетках, такие области не излучают свет, но при этом активно генерируют тепло, еще более усугубляя процессы деградации кристалла.

Вторым моментом является электрическая диффузия металлов, из-за которой в кристалл светодиода мигрируют атомы электродов, что приводит к нарушению кристаллической структуры p-n перехода и уменьшению напряжения на участках излучающих свет.

Выгорание люминофора. При перегреве люминофорное покрытие может выгорать, что приводит к падению яркости и изменению оттенка свечения, поскольку в спектре может появляться собственное излучение светодиодного кристалла.

Еще одной, не столь явной, проблемой перегрева светодиодных ламп становится ускоренное старение электролитических конденсаторов, это, в первую очередь, касается светодиодных ламп, где светодиоды и драйвер питания находятся в одном корпусе. Такие процессы могут привести к росту коэффициента пульсаций, что негативно сказывается на комфортном восприятии для глаза.

Помутнение оптической части

Оптическая система светодиода изготавливается из пластмассы или силикона, в некоторых случаях она может помутнеть, что, естественно, приводит к снижению интенсивности светового потока. Причиной становится или воздействие УФ-излучения, или сильный перегрев.

Механические повреждения и напряжения

При производстве и в процессе эксплуатации в светодиодах могут возникать участки внутреннего напряжения, они могут стать причиной обрыва контакта или ухудшения теплопередачи от кристалла на радиатор.

Основным советом становится рекомендация – приобретать только качественные светодиодные лампы, ленты, модули и т.д. поскольку практически все зависит от производителя. Если производитель сэкономил на светодиодных кристаллах, люминофоре, системе охлаждения, драйвере питания и т.д., использовал устаревшее оборудование и технологии – срок службы лампы существенно сокращается. В то время как качественные изделия служат многие годы без таких явлений как деградация кристаллов светодиодов, выгорание люминофора и смещение цветового спектра.

При использовании светодиодных ламп в плафонах закрытого типа, когда отсутствует циркуляция воздуха, забирающего избыточное тепло, период эффективного срока службы может существенно снижаться. Также это касается и помещений с повышенной температурой – кухни, сауны и т.д.

Для светодиодных лент, особенно с мощными светодиодами и с большой плотностью их посадки, необходимо использовать алюминиевые профили или алюминиевые подложки, которые выступают в роли радиатора. Также необходимы качественные источники питания.

Источник