Telkens wanneer we met klanten communiceren, komt één woord steeds weer terug: garantie. Elke klant wil een andere garantieperiode, variërend van twee tot drie jaar, en sommigen willen zelfs vijf jaar.
Maar in werkelijkheid weten klanten vaak zelf niet waar deze garantietermijn vandaan komt, of ze volgen gewoon de massa en denken dat LED's zo'n lange garantieperiode zouden moeten hebben.
Vandaag neem ik je mee in de wereld van LED-verlichting om te ontdekken hoe de levensduur van lampen wordt bepaald en beoordeeld.
Allereerst kunnen we, als het om LED's gaat, qua uiterlijk in één oogopslag zien dat ze verschillen van traditionele lichtbronnen, omdat bijna alle LED's een kenmerkend eigenschap hebben -een koelplaat.
De verschillende koelplaten dienen niet alleen voor de esthetiek van ledlampen, maar zorgen er ook voor dat de leds beter functioneren.
Klanten zullen zich dan afvragen waarom bij oudere lichtbronnen zelden radiatoren werden gebruikt, maar in het LED-tijdperk bijna alle lampen radiatoren bevatten?
Omdat eerdere lichtbronnen, zoals wolfraamgloeilampen, afhankelijk waren van warmtestraling om licht uit te stralen, waren ze niet bang voor hitte. De basisstructuur van een LED is een halfgeleider-PN-overgang. Bij een iets hogere temperatuur neemt de prestatie af, daarom is warmteafvoer erg belangrijk voor LED's.
Laten we eerst eens kijken naar de samenstelling en het schema van een LED.
Tip: De LED-chip genereert warmte tijdens gebruik. We noemen de temperatuur van de interne PN-overgang de overgangstemperatuur (Tj).
En, nog belangrijker, de levensduur van ledlampen is nauw verbonden met de junctietemperatuur.
Een belangrijk concept om te begrijpen: als we het hebben over de levensduur van een led, betekent dit niet dat deze volledig onbruikbaar is. Maar wanneer de lichtopbrengst van een led nog maar 70% bedraagt, denken we over het algemeen dat 'de levensduur voorbij is'.
Zoals in de bovenstaande afbeelding te zien is, zal de lichtstroom van de ledlamp na ongeveer 10.000 uur gebruik afnemen tot 70% als de junctietemperatuur op 105 °C wordt gehouden. Als de junctietemperatuur daarentegen op ongeveer 60 °C wordt gehouden, zal de lichtstroom na ongeveer 100.000 uur afnemen tot 70%, waardoor de levensduur van de lamp vertienvoudigd wordt.
In het dagelijks leven komen we het vaakst de levensduur van een LED tegen van 50.000 uur, een waarde die geldt wanneer de junctietemperatuur op 85 °C wordt gehouden.
Aangezien de junctietemperatuur zo'n belangrijke rol speelt in de levensduur van ledlampen, hoe kun je die junctietemperatuur verlagen? Geen zorgen, laten we eerst eens kijken hoe de lamp warmte afvoert. Als je eenmaal begrijpt hoe warmte wordt afgevoerd, weet je vanzelf hoe je de junctietemperatuur kunt verlagen.
Hoe voeren lampen warmte af?
Allereerst moet je de drie basismanieren van warmteoverdracht kennen: geleiding, convectie en straling.
De belangrijkste manieren waarop warmte in een radiator wordt overgedragen, zijn via geleiding en convectie, en via straling bij natuurlijke convectie.
Basisprincipes van warmteoverdracht:
Geleiding: De manier waarop warmte zich door een object verplaatst, van een warmer naar een kouder deel.
Welke factoren beïnvloeden warmtegeleiding?
① Thermische geleidbaarheid van warmteafvoerende materialen
② Thermische weerstand veroorzaakt door de warmteafvoerstructuur
③ Vorm en grootte van het thermisch geleidende materiaal
Straling: Het verschijnsel waarbij objecten met een hoge temperatuur warmte rechtstreeks naar buiten uitstralen.
Welke factoren beïnvloeden warmtestraling?
① Thermische weerstand van de omgeving en het medium (voornamelijk lucht)
② De eigenschappen van het warmtestralingsmateriaal zelf (over het algemeen stralen donkere kleuren sterker uit, maar in feite is de stralingsoverdracht niet bijzonder belangrijk, omdat de temperatuur van de lamp niet te hoog is en de straling niet erg sterk).
Convectie: Een methode om warmte over te dragen door middel van gas- of vloeistofstroming.
Welke factoren beïnvloeden thermische convectie?
① Gasstroom en -snelheid
② Soortelijke warmtecapaciteit, stroomsnelheid en volume van de vloeistof
Bij ledlampen vormt de koelplaat een groot deel van de kosten. Daarom kan een slechte materiaalkeuze en een ondeugdelijk ontwerp van de koelplaat leiden tot veel problemen na de verkoop.
Dit zijn echter slechts voorbodes; nu ligt de focus.
Hoe beoordeel je als consument of de warmteafvoer van een lamp goed is of niet?
De meest professionele methode is uiteraard het gebruik van professionele apparatuur voor het uitvoeren van junctietemperatuurmetingen.
Professionele apparatuur zoals deze is echter wellicht te duur voor gewone mensen, dus rest ons niets anders dan de meest traditionele methode: de temperatuur van de lamp voelen door er met de hand naar te kijken.
Dan rijst een nieuwe vraag: is het beter om het warm te hebben of niet?
Als de radiator heet aanvoelt, is dat absoluut geen goed teken.
Als de radiator heet aanvoelt, is het koelsysteem waarschijnlijk defect. Ofwel heeft de radiator onvoldoende warmteafvoercapaciteit waardoor de warmte van de chip niet tijdig kan worden afgevoerd, ofwel is het effectieve warmteafvoeroppervlak te klein en zijn er gebreken in het ontwerp.
Ook al voelt de lampbehuizing niet heet aan, dat wil nog niet zeggen dat het een goed teken is.
Als de ledlamp goed werkt, moet een goede radiator een lagere temperatuur hebben, maar een koelere radiator is niet per se een goede radiator.
De chip genereert weinig warmte, geleidt goed, voert voldoende warmte af en voelt niet te heet aan in de hand. Dit is een goed koelsysteem, het enige "nadeel" is dat het een beetje een verspilling van materiaal is.
Als er onzuiverheden onder het substraat zitten en er geen goed contact is met de koelplaat, wordt de warmte niet afgevoerd en hoopt deze zich op in de chip. De buitenkant voelt dan niet heet aan, maar de chip zelf is vanbinnen al erg heet.
Hierbij wil ik een nuttige methode aanbevelen: de "halfuur-verlichtingsmethode" om te bepalen of de warmteafvoer goed is.
Opmerking: "De methode van verlichting gedurende een half uur" is afkomstig uit het artikel.
Verlichtingsmethode van een half uur:Zoals we al eerder aangaven, neemt de lichtstroom over het algemeen af naarmate de junctietemperatuur van een LED stijgt. Door de verandering in de lichtsterkte van de lamp op dezelfde positie te meten, kunnen we de verandering in junctietemperatuur afleiden.
Kies eerst een plek die niet wordt verstoord door extern licht en steek de lamp aan.
Na het aansteken van de lamp, pak dan direct een lichtmeter en meet de lichtsterkte, bijvoorbeeld 1000 lx.
Houd de positie van de lamp en de lichtsterktemeter ongewijzigd. Meet na een half uur opnieuw met de lichtsterktemeter. 500 lx betekent dat de lichtstroom met 50% is afgenomen. Het is extreem heet vanbinnen. Als je de buitenkant aanraakt, voelt deze nog steeds goed aan. Dit betekent dat de warmte niet is ontsnapt. Verschil.
Als de gemeten waarde 900 lx is en de verlichting slechts met 10% afneemt, betekent dit dat het om normale gegevens gaat en dat de warmteafvoer zeer goed is.
Toepassingsgebied van de "halfuur-verlichtingsmethode": We analyseren de curve van de "lichtstroom versus junctietemperatuur" van verschillende veelgebruikte chips. Aan de hand van deze curve kunnen we zien hoeveel lumen de lichtstroom is afgenomen en indirect afleiden met hoeveel graden Celsius de junctietemperatuur is gestegen.
Kolom één:
Bij de OSRAM S5 (30 30) chip daalde de lichtstroom met 20% ten opzichte van 25 °C, en de junctietemperatuur overschreed de 120 °C.
Kolom two:
Bij de OSRAM S8 (50 50) chip daalde de lichtstroom met 20% ten opzichte van 25 °C, en de junctietemperatuur overschreed de 120 °C.
Kolom drie:
Bij de OSRAM E5 (56 30) chip daalde de lichtstroom met 20% ten opzichte van 25 °C, en de junctietemperatuur overschreed 140 °C.
Kolom vier:
Bij de OSLOM SSL 90 witte chip is de lichtstroom 15% lager dan bij 25 °C, en de junctietemperatuur is boven de 120 °C uitgekomen.
Kolom vijf:
Bij de Luminus Sensus Series-chip daalde de lichtstroom met 15% ten opzichte van 25℃, en de junctietemperatuur overschreed 105℃.
Zoals op de bovenstaande afbeeldingen te zien is, als de helderheid in warme toestand na een half uur met 20% daalt ten opzichte van de koude toestand, heeft de junctietemperatuur in principe de tolerantiegrens van de chip overschreden. Dit duidt er in principe op dat het koelsysteem niet voldoet.
Dit is uiteraard in de meeste gevallen zo, en zoals de afbeelding laat zien, zijn er altijd uitzonderingen:
Uiteraard kunnen we voor de meeste LED's de halfuursverlichtingsmethode gebruiken om te beoordelen of ze nog goed zijn, met een marge van 20% voor de lichtopbrengst.
Heb je het geleerd? Let er bij het kiezen van lampen in de toekomst goed op. Kijk niet alleen naar het uiterlijk, maar gebruik je scherpe blik om de juiste lamp uit te kiezen.
Geplaatst op: 24 mei 2024
