Энциклопедия домашнего электрика


       - все необходимые знания по электромонтажу -




поиск по сайту             
Светодиодное освещение
Что такое светодиодное освещение
Преимущества светодиодного освещения
Как работает светодиод
Устройство светодиодных световых приборов
Оценка светового потока
Световая отдача светодиодных приборов
Почему необходимо отводить тепло от светодиодов
Полезный срок службы  светодиодов
Включение и питание светодиодов
Управление светодиодами
Регулирование светового потока светодиодов
Области применения светодиодного освещения
Бизнес и светодиоды
Словарь светотехнических терминов

Освещение в ЖКХ и светодиоды
Общедомовое освещение
Автоматизация общедомового освещения
Характеристика светильника SLG-HL8
Монтаж светодиодных светильников
Выгода светодиодного освещения
Пример модернизации освещения доме
Типовое дворовое освещение
Энергосберегающее дворовое освещение
Характеристика светильника SLG-ST24
Сравнение уличных систем освещения
Выгода светодиодного дворового освещения
Средства автоматизации дворового освещения

Почему необходимо отводить тепло от светодиодов




Ошибочно полагать, что светодиоды не генерируют тепла. Несмотря на то, что светодиоды и не излучают его в потоке света (т. е. обладают холодными пучками света), они все же вырабатывают тепло.

Как и другие источники света, светодиоды преобразуют электрическую энергию в энергию излучения и генерируют тепло. Отношение тепловой энергии к энергии излучения зависит от потребляемой мощности и эффективности системы. Лампы накаливания вырабатывают большое количество инфракрасного (ИК) излучения и выделяют большое количество тепла. При этом они излучают малое количество видимого света. Люминесцентные и металлогалогенные лампы производят не только большее количество видимого света, но и большое количество ИК- и ультрафиолетового (УФ) излучения, а также много тепла. Как это ни странно, светодиоды преобразуют относительно небольшую часть электроэнергии в энергию излучения - примерно столько же, сколько металлогалогенные и люминесцентные лампы - но так как они излучают очень малое количество ИК- и УФ-излучения, то доля (в процентном отношении) видимого света, испускаемого светодиодами, сравнима с такой же долей у металлогалогенных и люминесцентных ламп и превосходит ее у ламп накаливания.

В таблице ниже приведены сравнительные данные о долях (в процентном отношении) потребляемой мощности, преобразуемых в энергию излучения и в тепло светодиодами и некоторыми традиционными источниками света. Эти данные относятся к источникам белого света.24

Доли потребляемой энергии, преобразуемые в энергию излучения и тепло светодиодами и традиционными источниками света

Свето

диод

Лампа

накаливания

Люминесцентная лампа

Металлогалогенная лампа

Видимый

свет

15-25%

8%

21%

27%

ИК

~0%

73%

37%

17%

УФ

0%

0%

0%

19%

Тепло

75-85%

19%

42%

37%

Эффективный отвод тепла является очень важным фактором для обеспечения нормальной работы светодиода, так как сильный нагрев снижает световой поток светодиода и уменьшает его полезный срок службы. Для нормальной работы светодиодного источника света от него должно отводиться генерируемое в нем тепло. В правильно сконструированных световых приборах применяются эффективные радиаторы и другие теплоотводящие и конвекционные устройства, удаляющие тепло от светодиодных источников света и рассеивающие его в окружающем пространстве.

Температура p-n-перехода

Рассеяние тепла

Отвод тепла в правильно сконструированном светодиодном световом приборе. Радиаторы и другие устройства отвода тепла проводящего и конвекционного типа отводят тепло от светодиодов.

Одной из важнейших характеристик светодиода является температура p-n-перехода, которая часто обозначается как Tj. Как было описано в главе 2, p-n-переход является тем местом в светодиоде, где электрическая энергия (энергия электронов) преобразуется в видимый свет (фотоны) и в тепло. При увеличении температуры p-n-перехода световой поток и срок службы светодиода уменьшаются.

На температуру перехода светодиода влияют три фактора:ток возбуждения, теплоотвод и окружающая температура. Как правило, чем выше ток возбуждения, тем выше температура перехода.

Количество тепла, которое может быть отведено, зависит от окружающей температуры и конструкции устройства отвода тепла от светодиода в среду, окружающую световой прибор.

Обычно мощные светодиодные осветительные приборы включают в себя излучатель, печатную плату и теплоотвод. Излучатель припаивается к печатной плате. Он включает полупроводниковый кристалл, оптику и теплоотвод, с помощью которого тепло отводится от полупроводникового кристалла. В большинстве светодиодных световых приборов используются печатные платы с алюминиевой подложкой (МСРСВ).

Через печатную плату с алюминиевой подложкой тепло передается с теплоотвода светодиода на внешний радиатор, на котором установлена печатная плата. Через внешний радиатор, закрепленный на корпусе светового прибора или конструктивно совмещенный с ним, тепло отводится в окружающее пространство. При отсутствии или блокировке внешнего теплоотвода светодиоды, находящиеся внутри светового прибора, выходят из строя за считанные минуты.

Влияние температуры р-n-перехода на световой поток

Производители измеряют световой поток выпускаемых ими светодиодов при использовании импульса тока длительностью 15-20 мс при фиксированной температуре перехода, равной 25 °С. Температура перехода светодиода в правильно сконструированной светодиодном световом приборе при нормальной работе с установленными теплоотводящими устройствами обычно находится в диапазоне 60-90 °С или даже может превышать это значение. Так как рабочая температура перехода почти всегда больше 25 °С, то установленные в световом приборе

светодиоды излучают как минимум на 10% меньше света, чем указывают их производители, если дополнительно не предоставлены данные для более высоких температур перехода.

На графике ниже показано, какое влияние оказывает повышение температуры перехода на световой поток светодиодов разных цветов.Янтарные и красные светодиоды наиболее, а синие - наименее чувствительны к изменениям температуры перехода.

Повышение температуры перехода может вызвать цветовой сдвиг излучения светодиода. Это явление обычно заметно только у янтарных светодиодов, наиболее чувствительных к изменениям температуры перехода. Хотя этот цветовой сдвиг мал, его необходимо контролировать в тех случаях, когда цвет излучения светодиода должен строго соответствовать стандартам -например, в случае использования в светофорах.

Влияние температуры р-n-перехода на полезный срок службы

Правильно сконструированные светодиодные световые приборы содержат схемы контроля температуры и термозащиты, которые уменьшают яркость или выключают осветительный прибор, когда он нагревается до слишком высокой температуры. Устройство автоматического включения восстанавливает нормальную работу после того, как температура перехода снижается до безопасного уровня или по истечении установленного периода времени.

Непрерывная работа светодиода при высокой температуре перехода

значительно сокращает полезный срок службы светодиодного светового прибора. На графике ниже показана зависимость светового потока светодиода от времени его работы для двух светодиодов, работающих при одинаковом токе возбуждения, но при разных температурах перехода. Зависимости были получены на основании данных измерений, выполнявшихся в течение 10 000 часов работы светодиода. На графике также показан прогноз до 100 000 часов работы. При повышении температуры перехода на 11 °С

оценочное значение полезного срока службы уменьшается на 57%, с 37 000 до 16 000 часов.26

Производители постоянно повышают срок службы светодиодов при высоких рабочих температурах. Например, в опубликованной в июле 2009 года информации о стабильности белого светодиода Сгее XLamp XR-E, гарантируется сохранение светового потока на уровне 70% от исходного значения в течение срока службы более 50 000 часов при токе возбуждения 700 мА, температуре перехода 110 °С и температуре окружающей среды 45 °С