Životnost a degradace LED vlivem teploty, aneb jak dlouho vydrží LED svítit bez výrazného pokledsu intenzity Možnosti

[Mike]

Prakticky ve všech svítilnách není teplota chladiče=těla svítilny větší 75°C a pokud se do LED tlačí 10Watt (cca 6Watt tepla) a LED má 2°C/W, tak se čip LEDky ohřeje přesně o 6*2=>12°C, LED má tedy cca 85°C. Samozřejmě pokud si nekoupíte nějaký čínský šmejd s absolutně nedodělaným přestupem tepla do těla svítilny. Každá lepší svítilna má dnes měděné direct PCB a je připájená přímo do jádro Cu PCB. A přestup tepla z měděného DPS do těla chladiče je zanedbatelný=neměřitelný. U mých starých ZORA svítilen je rozdíl teploty hned vedle pouzdra SMD LED a teploty vnějšího žebrování pouhých 3°C !

A i kdyby životnost LED byla 10 000 hod při této teplotě(je asi 50 000), tak můžete pár hodin denně svítit na max po dobu desítek let... Co se týče ostatních komponent ve svítilně, tak ty jsou právě luxusně chlazeny díky měděnému PCB a bežně vydrží 2x většíí zátěž než je v datasheetu(na běžném DPS) - někteří výrobci dokonce i udávají 0,7Watt na FR4 2layer @ 4cm2 a třeba 1,5watt na Al PCB...

EDIT:
Úplně všední levná 1,5Amp LED SAMSUNG LH351B je kompletně testovaná při 10 000 hodinách a 105°C, takže nemusíte ani číst zbytek diskuze, protože životnost LED při teplotě lehce nad 85 °C vůbec řešit nemusíte.


Tento příspěvek byl editován Mike: 9.2.2020 12:27

[therion]

Tohle urcite nebude zbytecne téma : ) Notabenee pokud se ktomu muze vyjadrit někdo, kdo ma prakticke zkusenosti z konstrukci svetelnych zdroju. Pokud se vam chce zde je práce na téma degradace led, ze ktere jsem vychazel: https://dspace.cvut.cz/bitstream/handle/104...amp;isAllowed=y
Je skoda, ze netestoval led chipy konkretnich vyrobcu.

[Mike]

Tohle urcite nebude zbytecne téma : ) Notabenee pokud se ktomu muze vyjadrit někdo, kdo ma prakticke zkusenosti z konstrukci svetelnych zdroju. Pokud se vam chce zde je práce na téma degradace led, ze ktere jsem vychazel: https://dspace.cvut.cz/bitstream/handle/104...amp;isAllowed=y
Je skoda, ze netestoval led chipy konkretnich vyrobcu.

LED použité v té práci jsou použity ty nejlevnější možná čínský šmejdy za 1kč/ks, nemá smysl je porovnávat s kvalitními LED OSRAM, LumiLEDs, CREE atd.. Dělat takovouhle práci je zavádějící a k ničemu. No a ještě na tom postavit bakalářsku... Měli alespoň otestovat více výrobců obdobných panelů.

V příloze posílám SAMSUNG LH351Z s garantovanou životností 6000 hodin 1Ampéra při 105°C Tak prosím nestrašte čtenáře, že LED nevydrží. Je úplný nesmysl porovnávat tyto plastové LED na obyčejném laminátovém FR4 DPS s nejlepšími výkonovými LED napájených na mědi ve svítilnách.


PS: Myslím, že mám "pár" zkušeností s návrhem a konstrukcí světelných zdrojů v průmyslu i v automotive, ale budiž therionovi asi moje fakta nestačí

Tento příspěvek byl editován Mike: 6.1.2020 21:34

Přiložený soubor(y)

 lh351z.pdf ( 2.83mb ) Počet stažení: 1346

 

[Petr J.]

Jsem jen pouhý uživatel svítilen, občasný bastlíř. Takže téma čtu s velkým zájmem a mám k němu malinkou, úplně malinkou poznámku ke stylu psaní Mike. Určitě máš hromadu zkušeností, ležel jsi ve vývoji léta. Takže víš o čem píšeš, Tvé znalosti převyšují ty naše o mnoho set procent. Jak jsem si všiml, Therion tady s Tebou normálně diskutuje, nevšiml jsem si, že by něco extra rozporoval. Napsal co četl, hodil sem nějaký link. Nemyslím si, že by někoho tzv. strašil. No a ta moje malilinká poznámka k úvodu? Chce to méně agresivity ve stylu psaní. Člověk si získá ostatní nejen rozsahem vědomostí, ale i stylem jejich podání. Ten Tvůj je takový tvrdý a nejen v posledním postu. Třeba se mýlím, mýliti se je lidské. Pěkný den všem.

[therion]

LED použité v té práci jsou použity ty nejlevnější možná čínský šmejdy za 1kč/ks, nemá smysl je porovnávat s kvalitními LED OSRAM, LumiLEDs, CREE atd.. Dělat takovouhle práci je zavádějící a k ničemu. No a ještě na tom postavit bakalářsku... Měli alespoň otestovat více výrobců obdobných panelů.

V příloze posílám SAMSUNG LH351Z s garantovanou životností 6000 hodin 1Ampéra při 105°C Tak prosím nestrašte čtenáře, že LED nevydrží. Je úplný nesmysl porovnávat tyto plastové LED na obyčejném laminátovém FR4 DPS s nejlepšími výkonovými LED napájených na mědi ve svítilnách.


PS: Myslím, že mám "pár" zkušeností s návrhem a konstrukcí světelných zdrojů v průmyslu i v automotive, ale budiž therionovi asi moje fakta nestačí

Tak uvedena Led Samsungu zas tak bezny typ není o cemz svedci i konstrukce, kdy samotna plocha 3W ledky je srovnatelna s 10W Cree. Cimz výrobce získal 3 násobek plochy lumiforu , který nebude zdaleka tak tepelne namahan jako u 10W.
A davat automotive za priklad není prilis dobre neb jsem sam menil drivery denního sviceni u jedne nejmenovane znacky a nestacil jsem se divit, když menic mel při okolni teplote 25°C na aktivnich prvcích teplotu prevysujici 100°C. Samo ty menice po 3-5 letech kauzalne odchazeji napred blikanim a naslednym kolapsem. Ledky jsou však na hlinikovem ramu reflektoru a jsou chlazeny velmi dobře.

Tento příspěvek byl editován therion: 7.1.2020 14:28

[Mike]

Petr J. : Jo píši tvrději, protože mě prostě trochu unavuje pořád se s někým dohadovat a pokud člověk nemá lokty, tak ho zašlapou. Život je tvrdej a dělají se pěkný naschvály, to leckdo asi poznal. Někteří akorát umí využít toho, co ostatní umí a pak se na ně téměř vykašlou. Spousta lidí tvrdí různé věci(nemyslím Theriona zrovna) a děsně si za tím stojí, přitom to jsou blbosti. Kdyby ste toho měli za sebou tolik, co já tak by ste s mi nedivili. To, že člověk něco ví, je mu uplně k ničemu, když jsou různí kecalové, co to podají tak krásně nad věcí... A já to tak podat neumím, takže bohužel píšu jak píšu a někoho to může urážet, chápu.

Therion: No a z čeho čerpáš, že plocha luminoforu je 3x větší než klasika 1Amp LED? Na ilustrační foto nekoukej, možná se dá věřit čipu v nákresu pouzdra - cca 1,25x1,25mm = pouze 1,55m2. Třeba CREE XPG3 má asi 2mm2 a je na 2Ampréry a XPL2 4mm2 na 3 Ampréry, takže nemáš pravdu. To je přesně ono, nevím kde si k tomu přišel a ještě to srovnávaš s CREE...

A s komponenty automotive nemá smysl polemizovat, automotive má nejpřísnější normy a všichni z toho mají bobky, když přijde audit atd. (Samozřejmě aerospace a military jsou ještě jidne) krom toho já píšu o komponentech automotive a ty zase píšeš o světlometu - to už je chyba značky, že si to blbě navrhla přeci...

PS: Ještě jsem si přečetl svoje příspěvky a myslím, že to zase tak agresivní není, ale prostě důrazně napsaná fakta. Spíš tam je dost opovrhování, jenomže to pramení z toho co píši výše.

Tento příspěvek byl editován Mike: 8.1.2020 02:14

[Mike]

A davat automotive za priklad není prilis dobre neb jsem sam menil drivery denního sviceni u jedne nejmenovane znacky a nestacil jsem se divit, když menic mel při okolni teplote 25°C na aktivnich prvcích teplotu prevysujici 100°C. Samo ty menice po 3-5 letech kauzalne odchazeji napred blikanim a naslednym kolapsem. Ledky jsou však na hlinikovem ramu reflektoru a jsou chlazeny velmi dobře.

Jen zde dodám, že právě pokud nějací výrobci mají výkonové prvky na hliníkovém/měděném PCB, tak jsou perfektně chlazeny, ovšem naprostá většina výrobků to tak nemá - cena, složitost... Paradoxně ve svítilnách a nějakých driverech se tohle používá a pokud mají výkonové prvky 1-5°C/W a ztrátový výkon je 1-3watt, tak se ohřejí pouze o 15°C, pokud tedy tělo svítilny má 75°C, ten nejhžavější prvek svítilny má uvnitř Tj=90°C. 99% křemíkových součástech na trhu má Tj=125°C a i při této vnitřní teplotě dokáží fungovat do "nekonečna", křemík... Z praxe vím, že i MOSFET dokáže přežít tisíce hodin a hlavně cyklů při Tj=175°C. Povrchovou teplotu jsem u jednoho závěsného svítilda rovněž naměřil jako Vy hodně přes 100°C, ale ztrátový výkon na mosfetu byl 10watt, tudíž vnitřní teplota čipu musela být právě kolem 175°C...

A součástkám ani tak nevadí extra vysoké teploty 150-175°C, ale teplotní cykly - neustálé smršťování/rozpínání - součástka se buď odtrhne z PCB anebo dojde k vnitřnímu poškození bondovaných zlatých drátků od čipu součástky - prostě vznikne jakýsi studeňák uvnitř SMD součástky. Proto někdy stačí nějaké zařízení zahřát(kovy se roztáhnou) a funguje.

Jen pro orientaci vnitřní teplotu Tj=125°C může mít jakýkoliv prvek, aniž byste o tom věděli, třeba maličký mosfet o výkonu 0,5watt, na povrchu vypadá v poho, ale uvnitř se může vařit díky špatnému tepelnému odporu pouzdra °C/W - nějaké součástky mají klidně 50-100°C/W.

[therion]

No zakladni věci je ze PN prechod není v case trvale stabilni. Postupne se se primesi mezi vrstvami pn prolinaji vlivem migrace atomu a tomuhle velmi napomaha teplota. V pripade LED dochází k poklesu rekombinaci majici za následek emisi zareni a zacnou se zvyšovat rekombinace nezarive. Další věci jsou chemicke zmeny lumiforu vystaveneho vysokym teplotam. Ano tohle vse muze vyrobce ovlivnit a bezesporu ma takova Cree vetsi teplotni odolnost/stabilitu nez neznackovy cinan.
Nedelam profesionálně do Ledek , je to jen moje okrajova zaliba spojena s amatérským pruzkumem podzemi, ale pracuji ve firme zabyvajici se merenim teploty v prumyslu a při konstrukci elektroniky se nam velmi osvědčilo dimenzovat vykonove casti tak aby jejich teplota nepřekročila 75°C. Ano vykonove Fety/IGBTecka jsou schopny „vydrzet“ teploty nad 150°C a pracovat mimo SOAR , ale to je také tim ze pracuje zacaste ve spínacím rezimu, kde postupna degradace polovodice nemá tak zasadni vliv na funkčnost celeho zarizeni protože zv to proste potaha.
Je to zasadni nesvar vyrobcu ze jdou s elektronikou az „na krev“ za hranici maximálního tepelného zatizeni. Proto taky MTBF takových vyrobku není a nemuze byt desitky tisíc hodin.
Ano selhavani komplexnich součástek je urcite vice zpusobeno ztratou kontaktu mezi kremikem a zacaste organickym pouzdrem nez samotnym selhanim kremiku. Dilatace při změnách teplot potrhaji uz tak krehky bezolovnaty cin. (vcelku dlouho jsme taky hledali dodavatele bezolovnate pasty , která ma rozumny tepelny profil a s casem nekrehne).
Další kapitolou jsou dodavatele součástek. Pokud clovek nebere od alespoň trosku solidniho prodejce typu TME, Farnell nebo Mouser je velka sance, ze dostane na první pohled zdarily cinsky pajc…
Kvanta Led zarovek , kde doslo k poskozeni jedne ledky zapojene v serii dalších 12 -16 a to tak, ze byla vypalena dirka ve fosforu kryjici samotny cip me jen utvrzuje, ze tepelne/proudove namahani prvku v zarovkach je obrovske a zacaste za hranou moznosti samotnych součástek. O levnych elytech smažicích se v objímkách 10W+ zarovek nemluve.
Spolehlivost dane konstrukce proste proveri az cas nebo nakladne testovani : ))

https://www.led4industry.cz/blank-5


Tento příspěvek byl editován therion: 20.3.2020 08:48