Представим, что вы выбрали светильники для складского помещения: характеристики по мощности, световому потоку и способу установки полностью подходят. К тому же стоимость оказалась на 30–40% ниже средней по рынку. Закупили, установили на высоте около 14 метров — всё функционирует без проблем. Отличный результат!
Но проходит несколько месяцев, и оборудование начинает постепенно выходить из строя. При этом заменить его не так просто — требуется спецтехника и специалисты с допуском к высотным работам. В итоге теряются и время, и деньги, которые изначально удалось сэкономить.
Почему же это происходит? Причин может быть множество: от нестабильного напряжения до некачественных соединений проводки. Однако на практике чаще всего проблема связана с перегревом светодиодов, который возникает из-за чрезмерной экономии на производстве. Разберем этот вопрос подробнее.
Как температура влияет на работу светодиодов
Немного о физике процесса. Основной элемент светодиода — полупроводниковый кристалл, внутри которого сформирован p-n переход.
Когда на него подается напряжение выше определенного порога, переход открывается. Через кристалл начинает проходить ток, и при этом излучаются фотоны с заданной длиной волны.
Для светодиодов характерна зависимость между напряжением и током, близкая к линейной: увеличение напряжения приводит к росту тока и светового потока. За питание отвечает драйвер, который преобразует переменное сетевое напряжение в постоянное.
Однако в процессе работы светодиоды неизбежно нагреваются. Чем выше ток, тем сильнее увеличивается температура p-n перехода. Это приводит к снижению эффективности: всё меньшая часть энергии преобразуется в свет.
Кроме того, повышенная температура ускоряет износ кристалла. При длительном воздействии происходят следующие процессы:
- Расширение защитного компаунда, что вызывает внутренние напряжения и ухудшает контактные соединения.
- Разрушение p-n перехода — при температуре выше 117 °C этот процесс становится необратимым.
Чтобы минимизировать такие последствия, при разработке светильников применяют два основных подхода:
- Улучшают теплоотвод, увеличивая площадь радиаторов и используя материалы с высокой теплопроводностью.
- Ограничивают ток, подаваемый на светодиоды, тем самым снижая их нагрев (но уменьшая световой поток).
Оба решения увеличивают себестоимость, поэтому не все производители их используют.
Как удешевление влияет на надежность светильников
К нам поступил неисправный светильник другого производителя для анализа. Инженер завода ТЕРРА разобрал устройство и выявил ряд конструктивных решений, которые привели к перегреву светодиодов.
Рассмотрим основные из них.
Фактор 1. Применение литого алюминия
Для эффективного отвода тепла важно обеспечить плотное прилегание светодиодного модуля к основанию. Любые зазоры ухудшают охлаждение.
Однако добиться этого можно только при идеально ровной поверхности. Многие производители используют алюминий, изготовленный методом литья под давлением, что приводит к следующим недостаткам:
- Пористость — в процессе плавления алюминий насыщается газами, которые после затвердевания образуют пустоты.
- Деформации при остывании — из-за неравномерного охлаждения нарушается геометрия поверхности.
В результате контакт модуля с основанием оказывается неполным.
Фактор 2. Минимизация количества светодиодов
Исследуемый светильник имел мощность 100 Вт, но при этом использовал всего 220 светодиодов типа SMD 2835 мощностью 0,5 Вт.
Чтобы обеспечить необходимую мощность, каждый диод работал почти на пределе — около 90% своей номинальной мощности.
Это нежелательный режим: большинство производителей рекомендуют нагрузку не выше 70–80%, а для увеличения срока службы — около 50%.
Фактор 3. Использование силумина вместо чистого алюминия
В целях снижения стоимости применяется силуминовый сплав АК12, содержащий около 10–13% кремния.
Основной его недостаток — более низкая теплопроводность:
- Чистый алюминий (>99,5%): 237 Вт/м·°C
- Силумин АК12: 168 Вт/м·°C
Это снижает эффективность отвода тепла примерно на треть.
Фактор 4. Размещение драйвера рядом со светодиодами
Драйвер в процессе работы также выделяет тепло.
В рассматриваемом светильнике он был установлен непосредственно на плате со светодиодами, что приводило к дополнительному нагреву и ускоренному износу.
К чему это приводит
Основной причиной выхода из строя стала совокупность конструктивных недостатков:
- Работа светодиодов на предельных нагрузках.
- Некачественный контакт между модулем и основанием.
- Использование материалов с низкой теплопроводностью.
- Дополнительный нагрев от драйвера.
В результате светильник вышел из строя всего за несколько месяцев эксплуатации. Итоговые затраты на замену превысили первоначальную экономию.
Какие решения позволяют увеличить срок службы
В компании ТЕРРА разработали светильник аналогичного формата с учетом выявленных проблем.
Решение 1. Основание из листового алюминия
Используется материал, полученный методом проката, что обеспечивает ровную поверхность и плотное прилегание модуля.
Решение 2. Увеличенное количество светодиодов
Применяется модуль на 840 светодиодов по 0,5 Вт. В модели мощностью 160 Вт нагрузка на один диод составляет около 40%.
Это снижает нагрев и увеличивает ресурс.
Решение 3. Использование высокочистого алюминия
Применяется алюминий с содержанием более 99,5%, который:
- лучше отводит тепло,
- обладает большей прочностью по сравнению с силумином.
Решение 4. Отдельное размещение драйвера
Драйвер выполнен как самостоятельный блок в алюминиевом корпусе и установлен отдельно от светодиодов, что исключает дополнительный нагрев.
Такие конструктивные решения позволяют существенно повысить надежность светильников и избежать преждевременных поломок.
Все описанные решения, применяемые в новом светильнике серии ПромДиск, позволяют предоставить на него гарантию 7 лет
Больше полезных материалов в нашем ТГ-канале