Андрей Смирнов
Время чтения: ~10 мин.
Просмотров: 0

Светодиоды, ленты и их питание от эт переменного тока

Как найти нерабочий светодиод

Из информации выше вы узнали, что существует два способа подключения светодиодов – последовательный и параллельный (группами). Наиболее популярен параллельный метод. В таком случае при выходе из строя одного светодиода начнет мерцать или перестанет работать отдельный (обычно небольшой) участок гибкой платы. Остальная часть ленты продолжит функционировать в заданном режиме.

Чтобы отыскать неисправный светодиод, используйте следующие рекомендации:

  1. Осмотрите ленту визуально, что нередко позволяет выявить выгоревший диод. При отсутствии явных следов подгорания изучите поверхность полупроводника.
  2. Черная точка на кристалле может указывать на то, что этот элемент уже перегорел или работает некорректно. В целом нужно искать любые дефекты, которые не наблюдаются на соседних деталях.
  3. Обнаружив подозрительный диод, прозвоните его. Сделайте аналогичную процедуру для всех остальных полупроводников на неработающем или некорректно функционирующем участке. Вас не интересует соответствие техническим нормам – просто сравните полученные значения на каждом участке отдельно.
  4. При отсутствии мультиметра воспользуйтесь медной проволокой. С ее помощью следует закоротить подозрительные диоды. Когда обнаружите неисправный, то при его закорачивании участок цепи начнет работать в нормальном режиме.
  5. Никогда не исключайте вероятности заводского брака – плохую припайку диода. Нажмите на него, приложив небольшое усилие. Если проблема в припайке, то светодиод начнет светиться, как и весь проблемный сегмент цепи. В таком случае поможет повторная пайка.

Несмотря на кажущуюся сложность конструкции светодиодной ленты, наличие большого числа полупроводников, резисторов и других элементов цепи, вы сможете самостоятельно выявить причину мерцания или неисправности отдельного участка платы. И уж тем более не нужно при выявлении дефектов бежать в магазин за новой лентой – возможно, причиной является неправильно работающий контроллер, блок питания или пульт дистанционного управления. Для начала попытайтесь выполнить самостоятельную диагностику, а уже после воспользуйтесь услугами мастера.

Светодиодные ленты и их нагрев

С момента массового появления первых светодиодных лент на чипах типа SMD 3528 и SMD 5050 прошло около 10 лет. За это время ученым удалось увеличить световую отдачу кристалла в несколько раз, сохранив при этом миниатюрные размеры светодиода. Так появились высокоэффективные светоизлучающие диоды SMD 3014, SMD 2835, SMD 5730 и их производные, которые сегодня успешно применяются в производстве светодиодных лент.

К сожалению, сегодня ученые не смоги добиться КПД светодиодов близкого к 100%, поэтому значительная часть энергии по-прежнему рассеивается в виде тепла. Вслед за повышением светоотдачи излучающего кристалла произошел рост потребляемой энергии и, как следствие, увеличение мощности, уходящей в тепло. Другими словами, светодиоды стали греться сильнее. К сожалению, в технических характеристиках к led лентам нет информации о количестве выделяемой тепловой энергии и рекомендаций о необходимости её монтажа на поверхность с хорошей теплопроводностью. Насколько сильно светодиодная лента греется? Для ответа на этот вопрос необходимо обратиться к datasheet по светодиодам, установленным на гибкой подложке в данном изделии. Определяющим параметром в нагреве светоизлучающего диода является рассеиваемая мощность. Чем больше её значение, тем больше тепла выделяет кристалл.

Ниже приведена мощность рассеивания наиболее известных типов SMD светодиодов белого свечения, используемых в светодиодных лентах:

  • SMD 3528 – до 100 мВт;
  • SMD 5050 – 300 мВт;
  • SMD 3020 – 100 мВт;
  • SMD 3014 – 150 мВт;
  • SMD 2835 – 500 мВт;
  • SMD 5630 – 500 мВт;
  • SMD 5730-1 – 1000 мВт.

Отсюда видно, что мощность некоторых светодиодов выросла в несколько раз по сравнению с первопроходцем SMD 3528, что наглядно доказывает необходимость монтажа на теплопроводящую поверхность.

Устранение неисправностей

Для снижения риска перегрева элемента рекомендуется приобретать ленту, изготовленную крупными производителями (например, Osram или Seoul Semiconductor). Изделия с пониженной стоимостью отличаются использованием низкокачественных светодиодов, имеющих низкий индекс цветопередачи. Дополнительной проблемой станет тонкое основание, которое отклеивается от поверхности через несколько дней или недель эксплуатации. Использование ленты премиум-класса позволяет улучшить освещение помещения и обеспечивает повышенный срок эксплуатации изделия.

Поскольку при работе светодиода выделяется тепло, то рекомендуется заранее предусмотреть теплоотвод. Лента клеится на металлическое или стеклянное (керамическое) основание. Если используются светодиоды с повышенной мощностью, то установка выполняется на профили из алюминиевого сплава. Основание обеспечивает упрощение монтажных работ, установка дополнительных рассеивающих элементов обеспечивает рассеивание света.

В основании светодиодной ленты используется 2-сторонний скотч, который со временем рассыхается и теряет клеящие свойства. Для обеспечения надежного контакта поверхность основания обезжиривается (спиртом или ацетоном). Перед использованием обезжиривающего состава следует убедиться в возможности нанесения жидкости на основание (например, обработка ацетоном пластика приводит к растворению поверхности). Нанесенная на основание лента выдерживается 24 часа, на протяжении которых эксплуатация светодиодов не рекомендуется.

Если планируется обустройство светодиодной подсветки на улице или во влажном помещении, то используется лента с силиконовым покрытием. Для обеспечения охлаждения деталей необходимо обеспечить приток свежего воздуха (при сохранении теплоотвода в основании).

Для снижения нагрева требуется проверить соотношение мощности блока питания и светодиодной сборки. Температурная нагрузка снижается только путем уменьшения силы тока в цепи. Для снижения параметра требуется ввести в цепь дополнительные сопротивления, которые будут рассеивать избыточную мощность. Альтернативным способом снижения нагрева является применение адаптера питания с пониженными токовыми характеристиками. Если блок питания размещается скрытно, то необходимо обеспечить зазор между корпусом и стенками ниши в пределах 30-50 мм.

https://youtube.com/watch?v=MHezLYg-eMg

Почему вопрос теплового режима так важен?

Повышенный нагрев светодиодной ленты влияет на работоспособность изделия и световые характеристики, а также негативно воздействует на параметры ленты в процессе наработки ресурса. При кратковременных перегревах происходят обратимые процессы, связанные со смещением цветовой температуры или уменьшением светоотдачи.

Зависимость яркости свечения от температуры прослеживается на элементах желтого и красного цветов, синие светодиоды являются наименее чувствительными к перегревам. Производители лент тарируют изделия по шкале RGB на основании замеров яркости и цвета при фиксированной температуре 25°С. При тестировании подается короткий импульс тока (25 мс), который не влияет на температурный фон элементов. При длительной работе светодиод нагревается, что снижает яркость по сравнению с заявленным значением.

Длительная работа при повышенной температуре ускоряет износ светодиода, что дополнительно снижает яркость свечения. Проведенные лабораторные тесты показали, что увеличение рабочей температуры на 11°С приводит к уменьшению срока службы изделия более чем в 2 раза. Существуют светодиоды, рассчитанные на эксплуатацию при повышенной температуре (до 100°С). Например, изделия с белым светом обладают ресурсом до 50 тыс. часов. Но при выработке запаса прочности яркость свечения изделий падает на 70%.

Почему вредна любая пульсация напряжения в источнике света

Большие проблемы из-за изменения светового потока возникают в том случае, если выполняются работы высокой точности.

В отдельных документах СНиП записаны пределы для перепадов освещенности, которые составляют от 12 до 20 %. Такая норма актуальна на производстве, где изготавливают высокоточные изделия или осуществляется сборка малых деталей/узлов. Причины крайне просты: из-за постоянных перепадов глаза человека устают, поэтому рабочий допускает ошибку при сборке, расположив в неправильном порядке элементы и т.п. В итоге получается брак, что ведет к финансовым убыткам предприятия и потере репутации надежного производителя.

Иная картина наблюдается в быту. Простая лампочка накаливания функционирует напрямую от сети переменного тока напряжением 220 В и промышленной частотой 50 Гц. Последний параметр определяет частоту мигания. Пауза между двумя последовательными пульсациями составляет 10 мс – значение настолько мало, что человеческий глаз данный процесс абсолютно не воспринимает. Описанная ситуация сохранится прежней при стабильном напряжении.

В теории это так, но на практике в бытовой электросети наблюдаются заметные перепады напряжения. Можете убедиться в этом самостоятельно, воспользовавшись тестером или обычным фильтром со встроенным конденсатором (вы будете видеть, как мерцает диодный индикатор). Фактическое значение напряжения колеблется в диапазоне от 215 до 240 В. Производители учитывают этот факт, поэтому бытовые электрические приборы рассчитаны на подобную эксплуатацию.

Освещенность напрямую зависит от напряжения, поскольку падение или увеличение данного параметра влияет на нагрев колбы или корпуса (повышение/снижение). Коэффициент пульсации при таких перепадах составляет 11,36 %.

В бытовых сетях наблюдаются более серьезные перепады, когда напряжение уменьшается до 190 В. В таком случае коэффициент пульсации вырастает до 22 %. Данная величина практически удовлетворяет нормам, записанным в СНиП и указанным нами ранее (12-20 %). Все это актуально для обычных ламп накаливания, а в случае со светодиодными изделиями картина будет совершенно иной.

Влияние перегрева светодиода на его рабочий ресурс

Полностью отработанным считается диод, излучение которого на 70% слабее, чем в начале эксплуатации. Был проведен эксперимент по определению зависимости скорости падения яркости от рабочей температуры полупроводника. Один светодиод имел температуру 62 °С, второй 73 °С. В результате второй терял яркость на 57% быстрее

Важно отметить, что есть некоторые светодиодные лампы, максимальная температура работы которых может достигать 100 °С без вреда для полупроводникового элемента. Однако они относятся к специальному оборудованию и обычно их не продают наряду с бытовыми вариантами

Особенно важна температура светодиодных ламп для RGB систем. Красные светодиоды намного быстрее теряют яркость, когда превышена температура эксплуатации светодиодных ламп, лампы синего диапазона (700 нм) практически не страдают. В результате, система может выдавать неправильный цвет освещения. Рабочая температура светодиодных ламп RGB систем редко превышает 40 °С.

Насколько сильно может греться светодиодная лента

Конструкция LED приборов принципиально отличается от устройства традиционных источников света. КПД современного светодиода значительно выше, чем у всех альтернативных вариантов и доходит до 60 %. Это означает, что как минимум 40 % потребляемой энергии уходит в образование тепла. Поэтому любой LED элемент нагревается, и его рабочая температура определяется мощностью, размерами и прочими факторами.

Максимальным значением для большинства светодиодов является нагрев в 60°. Если лента греется до 70°, ситуация считается критической и требует немедленного вмешательства. Когда речь идет о маломощных элементах, нагрев несколько меньше, но предельное значение остается тем же. Для защиты используется система охлаждения, радиаторы или теплоотводящая подложка.

Нормальная температура работающей
светодиодной ленты
составляет 40-45°. На ощупь это ощущается как слегка теплая
поверхность. Такой тепловой режим обеспечивается двумя факторами:

  • количество и условия свечения светодиодов
    рассчитаны, элементы работают в оптимальном режиме;
  • основа светодиодной ленты является эффективным
    радиатором и забирает в себя большую часть выделяемой тепловой энергии.

Если лента греется сильнее и кажется горячей, следует отключить ее и определить, почему это происходит. Необходимо решить вопрос как можно быстрее, поскольку даже кратковременный перегрев отрицательно воздействует на срок эксплуатации изделия.

Насколько сильно может греться светодиодная лента?

При нормальных условиях работы светодиодной ленты в жилых помещениях поверхность не должна греться выше 45-50°С. Для определения степени нагрева может использоваться рука человека, при прикосновении ощущается тепло, элементы можно удерживать длительное время без риска ожога. За счет сниженной температуры элементов достигается высокая пожарная безопасность изделия. Одновременно обеспечивается экономия электроэнергии, поскольку светодиоды рассчитаны на небольшой рабочий ток.

При изготовлении светодиодной сборки в герметичном кожухе ухудшается теплоотдача элементов. Для обеспечения охлаждения необходима установка радиаторов, находящихся в зоне обдува потоком воздуха. Увеличение яркости свечения ведет к росту потребления энергии и увеличению температуры светодиодов. Специальные изделия повышенной яркости допускают длительную эксплуатацию при температуре 120°С. Существуют опытные разработки, позволяющие поддерживать работоспособность при нагреве до 200°С.

Причины нагрева ленты

Если установленная лента перегревается, то причинами дефекта являются:

  1. Ошибки, допущенные в процессе установки или эксплуатации изделия. Например, некачественная пайка увеличивает ток, что приводит к локальному нагреву деталей. Для устранения неисправности необходимо определить зону неполадки, а затем при помощи паяльника обеспечить нормативный контакт. При неаккуратном монтаже возможно короткое замыкание светодиодов, приводящее к росту нагрузки в цепи.
  2. При использовании ленты с повышенной мощностью (более 10 Вт на 1 погонный метр изделия) повышенное тепловыделение является нормой. При установке подобных изделий требуется использовать прокладку, способствующую отводу и рассеиванию тепла.
  3. Продукция низкого качества сильно греется из-за завышенного энергопотребления, позволяющего обеспечить высокую яркость при использовании дешевых светодиодных элементов. Подобные конструкции быстро выходят из строя, поскольку светодиоды не имеют запаса прочности. Дополнительная нагрузка подается и на блок питания, снижая срок службы устройства.
  4. Ошибочный выбор типа светодиодного элемента. Например, ленты с покрытием из силиконового материала не рекомендуется ставить в зонах с пониженной влажностью. Дополнительный предохранительный слой ухудшает рассеивание тепла, что приводит к перегреву элементов.
  5. Использование скрутки проводов вместо пайки приводит к ухудшению контакта и повышению нагрева. При установке светодиодов кабели надо соединять при помощи свинцово-оловянного припоя или специальными металлическими трубками, которые обжимаются клещами.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации