Analys – LED livslängd och driftsäkerhet

Det finns väldigt många LED produkter på marknaden och många av dem ser mer eller mindre identiska ut. Hur skall köparen veta vad som är bra och vad som är dåligt? Det korta svaret är att det går inte. Priset och informationen på förpackningen är visserligen en indikation men i övrigt är det tekniska analyser som gäller.

När vi introducerar nya produkter i vårt sortiment gör vi först en teoretisk bedömning och kontrollerar CE-märkningen. Sedan köper vi hem några potentiella armaturer och demonterar dem för att se hur de ser ut inuti, bedömer kvaliteten, mäter temperaturer, verkar den uppgivna livslängden rimlig mm. Vi vill gärna dela med oss av de erfarenheter och analyser vi gör för de intresserade läsarna.

En LED armatur består av en eller flera LED moduler, ett drivdon samt mekaniska delar som lamphus/kylare, glas mm. Vi kommer i huvudsak att ha fokus på driftsäkerhet och livslängd, dvs:

LED modulen
Drivdonet
Armaturhus

LED moduler

LED moduler finns i två olika huvudgrupper

COB – Chip On Board (till vänster på bilden, övre har större chip, nedre har mindre chip)
SMD – Surface Mounted Device (till höger på bilden) som monteras på ett mönsterkort

COB består av LED chip monterade på en basplatta. LED chippen (de mörka prickarna i det gula området) finns i olika storlekar och är kopplade i parallella strängar. Ju högre effekt desto fler parallella strängar. Respektive sträng består av 10 eller 12st seriekopplade led chip och bestämmer modulens drivspänning. Exempelvis har en 30W modul 3st parallellkopplade strängar med 10st led chip i varje sträng och ca 30Vdc drivspänning. Ledaren, bondningstråden, mellan led chippen i billigare moduler består av legeringar medan kvalitetsmoduler har guldtrådar. Avbrutna bondningstrådar är en av de vanligaste felorsakerna i COB-moduler. Bridgelux (USA) och Epistar är vanliga fabrikat på LED chippet men sedan finns det flera som tillverkar modulen. Fabrikatet har mindre betydelse. Ur värmeavledningssynvinkel är större “prickar” bättre.

Basplattan kan vara av olika material men koppar är de som har bäst värmeavledning. Basplattan fungerar tillfredsställande på effekter upp till ca 80W/modul men sedan blir basplattan för liten för att leda bort värmen med kraftigt avtagande livslängd som följd.

SMD har ytmonterade LED chip på ett mönsterkort med aluminium baksida för bättre värmeavledning. Trenden är att COB moduler minskar och SMD baserade ökar.

LED chippens livslängd finns bedömda i sk LM-80 rapporter. Dessa görs av tillverkarna och baseras på 6-10000 timmars mätningar vid tex 55°C, 85°C och 105° temperaturer. Mätningarna ger en alfa “α” och en beta “β” faktor som sätts in i en formel och ger en teoretisk livslängd vid respektive temperatur.

Drivdon

Det finns väldigt många varianter av drivdon i armaturerna. Allt från stora välkända tillverkare till armaturtillverkarnas egna konstruktioner.

En rekommendation är att hålla sig till de stora och välkända fabrikaten som Osram, Meanwell, Philips, Tridonic, Helvar, Inventronics m. fl. Dessa har koll på och uppfyller de EN-standarder som krävs för en giltig CE-märkning. De har även professionella datablad på sina produkter. Det finns tyvärr många drivdon som helt saknar märkning och dessa rekommenderas ej! Det finns även drivdon som har korrekt märkning men från mindre fabrikat och vår erfarenhet är att även dessa bör undvikas. Många gånger finns CE-märket och data färdigt på drivdonen men stödjande dokumentation saknas helt eller delvis.

Även drivdonets livslängd är temperaturberoende men inte i lika hög grad som LED modulens. Ökad omgivningstemperatur förkortar livslängden.

Armaturhus

En LED armaturs livslängd är i högsta grad beroende på hur värmen från LED chippen kan ledas bort och hålla LED chippet så svalt som möjligt. Se bilden till höger. Tj är temperaturen på PN-övergången inne i LED chippet. Denna påverkas av:

Hur hårt LED chippet drivs, dvs förhållandet mellan verklig effekt och max effekt. Ligger normalt på ca 50%, en lägre drivningsgrad på 40% är bra och 60% är sämre. Då effekten P = R x I² där R = LED chippets inre resistans och I är den kontinuerliga strömmen. Om strömmen halveras blir värmeutvecklingen bara 1/4-del. Att fördela strömmen (effekten) på flera LED chip är alltså bra.
Kylaren – en kylare med stor yta underlättar konvektionskylning och leder bort värmen från hela armaturen. En industriarmatur som, vid rumstemperatur, blir ca 40-45°C har lång livslängd medan en som ligger på ca 80°C inte har det. Många “medel”- armaturer har en varmaste punkt på ca 60° på varmaste stället, dvs i närheten av LED modulen/LED chippet.

Ett relativt enkelt sätt att bedöma rimligheten på livslängden är att mäta temperaturen i närheten av led-modulen. En armatur med lågt drivna LED chip är sval.

Sammanfattning

En LED armaturs driftsäkerhet och livslängd kan sammanfattas med följande punkter:

Välj en LED armatur med så stor LED modul som möjligt. En större modul har lättare att överföra värme till kylaren.
Välj drivdon av välkända fabrikat såsom Meanwell, Osram, Philips, Tridonic, Helvar mfl. Fabrikatet på drivdonet bör finnas med i armaturens specifikationer.
Välj en armatur med stora kylflänsar. Ju högre omgivningstemperatur desto större kylflänsar.