Bei jedem Kundengespräch fällt ein Wort immer wieder: Garantie. Jeder Kunde wünscht sich eine andere Garantiezeit, von zwei bis drei Jahren, manche sogar fünf Jahre.
Tatsächlich wissen die Kunden in vielen Fällen selbst nicht, woher diese Garantiezeit stammt, oder sie folgen einfach der Masse und denken, dass LEDs für eine so lange Zeit garantiert sein sollten.
Heute nehme ich Sie mit in die Welt der LEDs, um herauszufinden, wie die Lebensdauer von Lampen definiert und beurteilt wird.
Zunächst einmal lässt sich bei LEDs hinsichtlich ihres Aussehens auf den ersten Blick erkennen, dass sie sich von herkömmlichen Lichtquellen unterscheiden, denn fast alle LEDs weisen ein besonderes Merkmal auf –ein Kühlkörper.
Die verschiedenen Kühlkörper dienen nicht der Optik der LED-Lampen, sondern sollen die Funktion der LEDs verbessern.
Dann werden sich die Kunden fragen, warum frühere Lichtquellen selten Kühlkörper verwendeten, im LED-Zeitalter aber fast alle Lampen Kühlkörper einsetzen?
Da frühere Lichtquellen, wie beispielsweise Glühlampen, auf Wärmestrahlung zur Lichterzeugung angewiesen waren, sind LEDs unempfindlich gegenüber Hitze. Die Grundstruktur einer LED besteht aus einem Halbleiter-PN-Übergang. Bereits geringfügig höhere Temperaturen können die Leistung beeinträchtigen, weshalb die Wärmeableitung für LEDs von entscheidender Bedeutung ist.
Werfen wir zunächst einen Blick auf den Aufbau und das Schaltbild der LED.
Hinweis: Der LED-Chip erzeugt im Betrieb Wärme. Die Temperatur seines internen PN-Übergangs bezeichnen wir als Sperrschichttemperatur (Tj).
Und vor allem hängt die Lebensdauer von LED-Lampen eng mit der Sperrschichttemperatur zusammen.
Ein Konzept, das wir verstehen müssen: Wenn wir von der Lebensdauer einer LED sprechen, bedeutet das nicht, dass sie völlig unbrauchbar ist, sondern dass wir im Allgemeinen denken, dass ihre Lebensdauer beendet ist, wenn die Lichtleistung der LED 70 % erreicht.
Wie aus der obigen Abbildung ersichtlich, sinkt der Lichtstrom der LED-Lampe bei einer Sperrschichttemperatur von 105 °C nach etwa 10.000 Betriebsstunden auf 70 %. Bei einer Sperrschichttemperatur von etwa 60 °C beträgt die Betriebsdauer hingegen über 100.000 Stunden, wobei der Lichtstrom ebenfalls auf 70 % abfällt. Die Lebensdauer der Lampe verlängert sich dadurch um das Zehnfache.
Im Alltag begegnet uns am häufigsten die Angabe, dass die Lebensdauer einer LED 50.000 Stunden beträgt. Dieser Wert gilt jedoch nur, wenn die Sperrschichttemperatur bei 85°C gehalten wird.
Da die Sperrschichttemperatur eine so wichtige Rolle für die Lebensdauer von LED-Lampen spielt, stellt sich die Frage: Wie lässt sie sich reduzieren? Keine Sorge, sehen wir uns zunächst an, wie die Lampe Wärme abführt. Sobald Sie die Wärmeableitung verstanden haben, wissen Sie auch, wie Sie die Sperrschichttemperatur senken können.
Wie geben Lampen Wärme ab?
Zunächst müssen Sie die drei grundlegenden Arten der Wärmeübertragung kennen: Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung.
Die wichtigsten Übertragungswege des Kühlkörpers sind Wärmeleitung und Konvektion sowie Wärmestrahlung im Rahmen der natürlichen Konvektion.
Grundprinzipien der Wärmeübertragung:
Leitung: Die Art und Weise, wie sich Wärme entlang eines Objekts von einem wärmeren Teil zu einem kälteren Teil ausbreitet.
Welche Faktoren beeinflussen die Wärmeleitung?
① Wärmeleitfähigkeit von Wärmeableitungsmaterialien
② Wärmewiderstand aufgrund der Wärmeableitungsstruktur
③ Form und Größe des wärmeleitenden Materials
Strahlung: Das Phänomen, dass Objekte mit hoher Temperatur Wärme direkt nach außen abstrahlen.
Welche Faktoren beeinflussen die Wärmestrahlung?
① Wärmewiderstand der Umgebung und des Mediums (hauptsächlich Luft)
② Die Eigenschaften des Wärmestrahlungsmaterials selbst (im Allgemeinen strahlen dunkle Farben stärker, aber tatsächlich ist der Strahlungstransport nicht besonders wichtig, da die Temperatur der Lampe nicht zu hoch und die Strahlung nicht sehr stark ist)
Konvektion: Eine Methode zur Wärmeübertragung durch den Fluss von Gasen oder Flüssigkeiten.
Welche Faktoren beeinflussen die thermische Konvektion?
① Gasdurchfluss und Geschwindigkeit
② Spezifische Wärmekapazität, Strömungsgeschwindigkeit und Flüssigkeitsvolumen
Bei LED-Lampen macht der Kühlkörper einen Großteil der Kosten aus. Daher kann es bei der Konstruktion des Kühlkörpers zu zahlreichen Problemen im Kundendienst kommen, wenn die Materialien und die Konstruktion nicht optimal sind.
Dies sind jedoch nur Vorboten, und der Fokus liegt nun auf dem, was kommt.
Wie beurteilen Sie als Verbraucher, ob die Wärmeableitung einer Lampe gut ist oder nicht?
Die professionellste Methode ist selbstverständlich die Verwendung professioneller Geräte zur Durchführung von Sperrschichttemperaturmessungen.
Allerdings sind solche professionellen Geräte für den Normalbürger oft unerschwinglich, sodass uns nur die traditionellste Methode bleibt: die Temperatur durch Berührung der Lampe zu erfühlen.
Dann stellt sich eine neue Frage: Ist es besser, sich heiß zu fühlen oder nicht?
Wenn sich der Heizkörper heiß anfühlt, wenn man ihn berührt, ist das definitiv nicht gut.
Wenn sich der Kühlkörper heiß anfühlt, ist das Kühlsystem wahrscheinlich defekt. Entweder hat der Kühlkörper eine unzureichende Wärmeabfuhrkapazität und die Wärme des Chips kann nicht rechtzeitig abgeführt werden; oder die effektive Wärmeabfuhrfläche ist zu klein und es liegen Konstruktionsmängel vor.
Auch wenn sich der Lampenkörper nicht heiß anfühlt, ist das nicht unbedingt ein gutes Zeichen.
Wenn die LED-Lampe ordnungsgemäß funktioniert, muss ein guter Kühlkörper eine niedrigere Temperatur haben, aber ein kühlerer Kühlkörper ist nicht unbedingt ein guter.
Der Chip erzeugt wenig Wärme, leitet gut, gibt ausreichend Wärme ab und fühlt sich in der Hand nicht zu heiß an. Es handelt sich um ein gutes Kühlsystem; der einzige „Nachteil“ ist der etwas verschwenderische Materialverbrauch.
Befinden sich Verunreinigungen unter dem Substrat und besteht kein guter Kontakt zum Kühlkörper, wird die Wärme nicht abgeführt und staut sich auf dem Chip. Äußerlich fühlt er sich nicht heiß an, aber im Inneren ist er bereits sehr heiß.
Hier möchte ich eine nützliche Methode empfehlen – die „Halbstunden-Beleuchtungsmethode“ –, um festzustellen, ob die Wärmeableitung gut ist.
Anmerkung: Die Bezeichnung „Halbstunden-Beleuchtungsmethode“ stammt aus dem Artikel
Halbstundenbeleuchtungsmethode:Wie bereits erwähnt, sinkt im Allgemeinen der Lichtstrom mit steigender Sperrschichttemperatur der LED. Misst man die Änderung der Beleuchtungsstärke der Lampe an derselben Position, lässt sich daraus die Änderung der Sperrschichttemperatur ableiten.
Wählen Sie zunächst einen Ort, der nicht von externem Licht gestört wird, und schalten Sie die Lampe ein.
Nach dem Einschalten sofort ein Lichtmessgerät nehmen und die Helligkeit messen, zum Beispiel 1000 lx.
Die Position der Lampe und des Beleuchtungsstärkemessers sollte unverändert bleiben. Nach einer halben Stunde sollte die Beleuchtungsstärke erneut gemessen werden. 500 lx bedeuten, dass der Lichtstrom um 50 % gesunken ist. Innen ist es extrem heiß. Die Außenseite fühlt sich noch kühl an. Das bedeutet, dass keine Wärme nach außen abgegeben wurde. Unterschied.
Beträgt der Messwert 900 lx und sinkt die Beleuchtungsstärke nur um 10 %, so handelt es sich um normale Daten und die Wärmeableitung ist sehr gut.
Anwendungsbereich der „Halbstunden-Beleuchtungsmethode“: Wir stellen die Kennlinie des Lichtstroms in Abhängigkeit von der Sperrschichttemperatur für einige gängige Chips dar. Aus dieser Kennlinie lässt sich der Abfall des Lichtstroms in Lumen und indirekt der Anstieg der Sperrschichttemperatur in Grad Celsius ablesen.
Spalte eins:
Beim OSRAM S5 (30 30) Chip sank der Lichtstrom im Vergleich zu 25°C um 20%, und die Sperrschichttemperatur überschritt 120°C.
Spalte two:
Beim OSRAM S8 (50 50) Chip sank der Lichtstrom im Vergleich zu 25°C um 20%, und die Sperrschichttemperatur überschritt 120°C.
Spalte drei:
Beim OSRAM E5 (56 30) Chip sank der Lichtstrom im Vergleich zu 25°C um 20%, und die Sperrschichttemperatur überschritt 140°C.
Spalte vier:
Beim OSLOM SSL 90 Weißlichtchip ist der Lichtstrom um 15 % geringer als bei 25 °C, und die Sperrschichttemperatur hat 120 °C überschritten.
Spalte fünf:
Bei einem Luminus Sensus Series Chip sank der Lichtstrom im Vergleich zu 25℃ um 15%, und die Sperrschichttemperatur überschritt 105℃.
Wie aus den obigen Abbildungen ersichtlich, überschreitet die Sperrschichttemperatur des Chips den Toleranzbereich, wenn die Beleuchtungsstärke im warmen Zustand nach einer halben Stunde im Vergleich zum kalten Zustand um 20 % abfällt. Daraus lässt sich mit hoher Wahrscheinlichkeit schließen, dass das Kühlsystem unzureichend ist.
Selbstverständlich handelt es sich hierbei um die Mehrzahl der Fälle, und wie in der Abbildung dargestellt, gibt es immer Ausnahmen:
Bei den meisten LEDs können wir natürlich die Halbstunden-Beleuchtungsmethode anwenden, um zu beurteilen, ob die Leuchtkraft innerhalb eines Abfalls von 20 % noch gut ist.
Hast du daraus gelernt? Wenn du in Zukunft Lampen auswählst, musst du genauer hinschauen. Du kannst dich nicht nur auf das Aussehen verlassen, sondern musst dein geschultes Auge einsetzen, um die richtigen Lampen auszuwählen.
Veröffentlichungsdatum: 24. Mai 2024
