Зачастую, реклама светодиодных прожекторов обещает невероятные 50 тысяч и более часов работы светильника, а это ни много, ни мало – почти 7 лет непрерывной службы.
Однако в реальности оказывается, что совсем через небольшой промежуток времени происходит поломка. После включения в сеть, прожектор не светится, а только моргает или мигает с определенной периодичностью.
Светодиодная матрица прожектора
Выяснить причину этого явления достаточно просто. Нужно более внимательно присмотреться к самому светодиоду во включенном положении прожектора.
Яркие вспышки конечно будут ослеплять. Поэтому воспользуйтесь затемненным стеклом.
Через него можно легко разглядеть те самые отдельные элементы, которые и вспыхивают.
Мощные светодиоды состоят из множества одно ваттных кристаллов. Их соединяют последовательно в отдельные линейки с помощью тонких золотых проводков.
По количеству светодиодов можно легко определить мощность прожектора.
В большинстве случаев все кристаллы светят с синеватым оттенком, а белый свет образуется благодаря частичкам люминофора, который входит в состав компаунда.
Во время работы кристаллы сильно греются. Выделяющееся при этом тепло отводится на металлическую пластину.
Но почему же на приведенном фото выше, светятся только 10 светодиодов? Неужели 40 из 50 просто сгорели?
Схема светодиодной матрицы
Поскольку светодиоды соединены последовательно, достаточно одному разорвать цепь, чтобы все перестали светиться.
Обрыв происходит при перегорании соединительного провода, вследствие значительного превышения номинального тока.
Но бывает и другая причина. Из-за заводского брака или перегрева, происходит разрушение структуры кристалла и возникает пробой.
Самая неприятная ситуация, когда контакт между кристаллом и соединительным проводом полностью не перегорает, а нарушается (временно пропадает). Прожектор в этом случае 1-2 дня светит нормально, а потом вдруг начинает моргать словно стробоскоп.
Что же будет с прожектором, если произойдет пробой всего одного светодиода? Вот схема 50 ваттной матрицы, подключенного к источнику тока в 1,5А
В нормальном режиме весь ток равномерно распределяется между всеми линейками. Через каждый светодиод течет номинальный ток в 300мА.
При пробое, фактически происходит замыкание всего одного светодиода.
Из-за пониженного сопротивления, большая часть тока устремляется в линейку с пробитым элементом.
Это моментально приводит к перегоранию соединительных проводов. После чего, вся линейка отключается.
Теперь через оставшиеся светодиоды начинает протекать ток выше номинального – 375мА. Это безусловно вызовет перегрев и очередной пробой.
А значит, еще одна линейка отключится.
А за ней еще одна.
И еще одна. Пока не сгорят все.
Но в отличие от данной симуляции, в реальности, последняя линейка не сгорает.
Это происходит из-за того, что в источнике питания есть защита от превышения напряжения.
Драйвер повышает напряжение, чтобы выдать расчетный ток в 1,5А. Но из-за не нормального сопротивления светодиода, напряжение поднимается выше допустимого.
Срабатывает защита и драйвер отключается. Вскоре напряжение падает и он опять включается. Отсюда и получаются ритмичные моргания.
Справедливости ради надо сказать, что данные матрицы относятся к первому поколению. Сегодня уже есть доработанные модели с модернизированными драйверами.
На них при сгорании одной линейки ток в остальных не меняется. Правда и цена у них в разы дороже.
Причина пробоя светодиодов
Но что же приводит к сгоранию самого первого светодиода? Заводской брак или другие причины?
Почему производители вообще не делают один большой кристалл, а применяют множество маленьких. Ведь выход из строя одного, рано или поздно приводит к неисправности всей матрицы.
Представьте, что каждый сотый эмиттер будет бракованным. Получим очень большой процент пригодных из общего количества. На первый взгляд неплохо.
Но если в одном светодиоде используется 50 эмиттеров, то вероятность того, что среди них не попадется ни одного бракованного всего 60%.
А это означает, что 2 из 5 готовых устройств будут с дефектом. Не лучше ли сделать один большой кристалл?
Но тут не все так просто.
При этом площадь поверхности через которую происходит охлаждение, увеличится только в 4 раза.
Все это вызовет термодинамические нагрузки и приведет к неминуемому перегреву.
От перегрева возникает деградация кристалла. И именно от него чаще всего выходят из строя светодиодные прожектора и начинается мигание.
Чтобы он отработал заявленный срок службы, температура кристалла светодиода не должна превышать 85 градусов. Будет меньше 50С, считайте что купили «вечный» светильник.
Корпус прожектора
Перегрев возникает по причине крайне низкого качества корпусов, которые выступают теплоотводами. Делают их не из чистого алюминия, а из силумина. Тонкий металл просто не способен эффективно отводить тепло.
Можно даже провести наглядный эксперимент. Взять и подогреть горелкой центр радиатора прожектора.
При нагревании будет происходить значительная деформация, которая исчезнет после остывания. Однако, даже будучи холодной, поверхность уже будет далека от идеально ровной.
Такая кривизна обычно формируется из-за многократных тепловых деформаций после продолжительных периодов работы прожектора. Из-за кривизны и уменьшения площади для охлаждения, возникает перегрев и тепловой пробой полупроводника.
А еще из-за такого температурного хода может переламывать проводки идущие от кристалла светодиодов. Происходит не перегорание, а именно их обрыв.
Это легко можно проверить надавив на матрицу в различных точках. При этом будут загораться отдельные линейки, либо все до единого светодиоды.
Все это случается из-за того, что площадка теплоотвода в корпусе прожектора имеет не ровную поверхность и матрица не полностью прилегает к ней. Вследствие чего, наблюдается неравномерное охлаждение и деформация при нагреве.
Как отремонтировать
Как же просто починить и исправить такой дефект конструкции, чтобы прожекторный светильник отработал свои заявленные 50 000 часов?
Для того, чтобы светодиодная матрица не перегревалась, под нее всего лишь необходимо установить толстую алюминиевую пластину.
Данную пластину можно приклеить как на силикон, который будет стабилен при нагреве до 200 градусов и не потечет или расплавится. Либо на теплопроводящий клей, способный выдержать нагрев до 300С и более.
Нельзя использовать термопластичный клей на основе этиленвинилацетата. Он у вас потечет даже при 60С!
Подобная модернизация обеспечит хорошую теплопередачу и будет надежно препятствовать деформации.
При этом пластину лучше располагать поперек внешних ребер на корпусе. Это задействует их большее количество и улучшит охлаждение.
Как сделать подсветку рабочей зоны на кухне светодиодной лентой.