Doba života LED a LED svítidel a její značení. Jakub Černoch

Transkript

1 Doba života LED a LED svítidel a její značení. Jakub Černoch

2 Vzpomínáme. Počátky LED je to polovodičová součástka, doba života je více než hodin X Realita doba života prvních LED byla řádově několik tisíc hodin. Příčinou byla neznalost a podcenění všech jevů, které mají vliv na dobu života LED i dobu života celého svítidla.

3 Příčiny poruch a poklesu světelného toku LED LED je komplexní součástka, u níž k poklesu světelného toku a případnému barevnému posunu přispívají nejvíce tyto vlivy: Postupný pokles: - Stárnutí krycího silikonu a snížení propustnosti světla - Stárnutí podložky čipu a snížení odrazivosti této podložky - Vyčerpání a stárnutí luminoforu Náhlý pokles nebo přerušení funkce: - Poruchy polovodičového přechodu - Poruchy v připojení přívodních drátků

4 Příčiny poruch a poklesu světelného toku LED LM-80 Do doby příchodu LED většinou postačující parametr střední doba do poruchy (MTF, Mean Time to Failure) není vhodný pro zařízení, kde dochází k postupnému poklesu klíčových parametrů. Proto bylo nutné najít nové metody popisu doby života LED a také stanovit, na základě čeho budou tyto parametry udávány. Doba života LED se začala stanovovat na základě testovacího potupu stanoveného americkou organizací IESNA s označením LM Měří se nejméně při dvou teplotách přechodu (55 C a 85 C). - Měří se každých 1000 h světelný tok, napětí v propustném směru a barevný posun, minimální doba měření je 6000 h. - LM-80 nemá kritérium vyhověl/nevyhověl!

5 Příčiny poruch a poklesu světelného toku LED TM-21 Hodnoty naměřené dle LM-80 se použijí jako vstupní hodnoty pro matematický model LED dle směrnice TM-21. Tento model z naměřených hodnot extrapoluje pokles světelného toku do budoucnosti. Z počátku se udávala jako doba života tato extrapolace, praxe ukázala že extrapolace podle TM-21 poskytuje přijatelné výsledky maximálně do šestinásobku doby měření. Dnes se platnost modelu dle TM-21 dále diskutuje, protože je zřejmé, že jeden model poměrně obtížně vyhoví několika různým uspořádáním LED. Ani TM-21 nám ale neposkytne všechny potřebné údaje ohledně dlouhodobého chování LED.

6 Prezentace výsledků měření LED dle TM-21 V současné době se výsledky měření poklesu světelného toku LED dle TM-21 uvádí jen ve formě nerovnosti například takto: Pro 85 C L80(10k)>60 000h Znamená to, že na základě měření sady LED s teplotou přechodu 85 C po dobu hodin lze očekávat, že jejich světelný tok nepoklesne pod 80% původní hodnoty ani po hodinách. Pro srovnání použiji výsledky testu jedné LED: Vypočtená L70 (10k) Uváděná L70 (10k) Vypočtená L80 (10k) Uváděná L80 (10k) Vypočtená L90 (10k) Uváděná L90 (10k) h > h h > h h h

7 ČSN EN Vlastnosti svítidel - Část 2-1: Zvláštní požadavky pro LED svítidla Tato norma definuje způsob popisu a měření parametrů LED svítidel včetně parametrů týkajících se popisu poklesu světelného toku a doby do poruchy. Základním parametrem je zde doba života, která je definovaná jako doba, ve které u stanoveného procenta svítidel (By) nepoklesne jejich světlený tok pod stanovenou hodnotu (Lx, obvykle 70%). Značí se takto: L70B50= h - to znamená, že po hodinách u takto označených svítidel nejméně 50% z nich bude mít světelný tok nejméně 70% původní hodnoty. Pro B50 (u poloviny svítidel nedošlo k poklesu pod stanovenou mez) je současně tato hodnota střední dobou života.

8 ČSN EN Vlastnosti svítidel - Část 2-1: Zvláštní požadavky pro LED svítidla Norma neurčuje jak má být hodnota B učena a ověřena! Světelný tok skupiny svítidel bude rozložen po uplynutí definované doby podle Gaussova rozložení. Při době hodin pak bude rozdíl mezi hodnotou B10 a B50 jen přibližně 1%: Proto se doporučuje uvádět hodnoty Lx pro B50, neboť v tomto případě se jedná o střední dobu života a měřicí postup je standardizován. Průzkumy ukazují, že naprostá většina interiérových osvětlovacích soustav se dočká rekonstrukce po hodinách, u exteriérových instalací je to hodin. Honba za vyšším hodnotami je vlastně zbytečná, mnohem důležitější je udržovaný světelný tok po 35, 50,75 a 100kh.

9 Co potřebujeme o LED ještě znát z hlediska doby života

10 Doba do poruchy Neméně důležitým parametrem svítidel je jejich spolehlivost. Ta je definována jako procento svítidel (Cy), která nebudou funkční po uplynutí střední doby života. Například značení C10 znamená, že po uplynutí střední doby života nebude 10% svítidel produkovat žádný světelný tok. Doba do poruchy u svítidel nedefinuje příčinu poruchy, ale nejčastěji se jedná o poruchy napájecí části svítidla, případně u exteriérových svítidel porucha LED elektrickým namáháním. Kombinací poklesu světelného toku díky postupným změnám a neočekávaným poruchám By*Cy dostaneme hodnotu F, která popisuje pokles světelného toku vlivem obou faktorů. Příliš často se zatím nepoužívá.

11 A co je důležité poznamenat Hodnoty Lx, By a Cy se obvykle uvádí pro teplotu okolí 25 C. Tyto hodnoty jsou teplotně závislé a pokud bude teplota okolí jiná, je nutné je znát pro tuto teplotu. U méně známých výrobců doporučuji ověřit, zda jsou poskytnuté údaje založeny na údajích pro celé svítidlo nebo jenom na údajích pro samostatný LED modul, pracující s ideálním chlazením.

12 Použití těchto parametrů ve světelně-technických výpočtech Hodnoty doby života Lx mají přímou souvislost s činitelem údržby dle známého vzorce: MF=LLMF x LSF x LMF x RSMF Kde: LLMF je činitel stárnutí světelného zdroje, jenž odpovídá hodnotě Lx (L80 odpovídá LLMF=0,8) LSF je činitel funkční spolehlivosti světelného zdroje LMF je udržovací činitel svítidla RSMF je udržovací činitel povrchů

13 Závěrem. Spolehlivost a doba života celého svítidla není jen otázkou spolehlivosti a doby života LED, ale je nutné stejně podrobně zkoumat všechny komponenty svítidla: - LED, jejich pospojování a připojení - Odvod tepla ze svítidla - Mechanickou konstrukci, utěsnění a odolnost proti atmosférickým vlivům - Optický systém - Napájecí elektroniku Teprve vhodně sladěné vlastnosti všech těchto prvků vedou ke svítidlu, které bude zákazníkovi dobře a dlouho sloužit.

14 Děkuji za pozornost. Jakub Černoch.