Kas nutiko 100 000 valandų LED lemputėms?

Ankstyvieji LED apšvietimo vartotojai prisimins ant dėžutės atspausdintus 50 000 ar net 100 000 valandų gyvenimo trukmės įvertinimus. Tačiau per pastarąją kelionę į statybinių prekių parduotuvę ilgiausiai skelbiau, kad mano gyvenimas buvo 25 000 valandų. Kiti teigė, kad tik 7500 arba 15 000 valandų. Taip, tai firminės „Cree“ ir „GE“ lemputės.

Taigi, kas nutiko toms 100 000 valandų gyvenamosioms LED lemputėms? Ar pirminiai vertinimai buvo pernelyg optimistiški? Ar visa tai buvo rinkodaros ažiotažas? Arba mes nepakankamai žinojome apie LED senėjimą, kad galėtume numatyti tikrąjį lemputės tarnavimo laiką?

Aš išbandžiau šiuos klausimus. Prisijunkite prie manęs po pertraukos, kad sužinotumėte apie lempučių kartelio foną nuo kaitinamųjų lempučių laikų (ne juokas, kartelė kontroliavo jūsų lempučių gyvenimą) ir sunaikino kai kurias šiuolaikines LED lemputes, kad išsiaiškintumėte, kodėl visą gyvenimą trunka laikas daug mažesnė nei pradinė LED keitimo banga.

Šviesos lempučių kartelių vėlės

Bet kokia diskusija apie lempučių tarnavimo laiką būtų neišsami, nepaminėjus „Phoebus“ kartelio – tarptautinės organizacijos, kurią 1924 m. Įsteigė pagrindiniai pasaulio lempučių gamintojai, siekdami manipuliuoti lempučių rinka. Kaip aptarė Markusas Krajewskis knygoje „Didysis lempučių sąmokslas“, kartelis paskyrė teritorijas įmonėms narėms, ribojo gamybą ir padiktavo sutrumpintą 1 000 valandų lemputės tarnavimo laiką. Ankstesnės lemputės degė kur kas ilgiau 1 500 – 2 500 valandų. Neva, siekiant padidinti kokybę, efektyvumą ir šviesos srautą, nauja 1000 valandų riba lėmė ir daugiau lempučių pardavimo. Archyvuoti dokumentai rodo, kad buvo išleista reikšmingų tyrimų, kad būtų sukurtos lemputės, kurios truktų 1000 nurodytų valandų ir ne ilgiau. Rezultatas buvo ne tik buitinis apšvietimas: žibintuvėlių lemputės, kurios iš pradžių tarnavo trims baterijų rinkiniams, buvo sumažintos iki dviejų ir buvo pasiūlyta apriboti jų tarnavimo laiką vienu rinkiniu. Vėlgi, priežastis buvo įvardinta ryškumo padidėjimas. Tačiau paskutinis žingsnis, perpus sumažinant lemputės tarnavimo laiką, padidins šviesumą tik nuo 11% iki 16%, tuo pačiu padvigubindamas pardavimą. Tai buvo apie tai, kaip parduoti daugiau lempučių ir uždirbti daugiau pinigų.

Kartelis vykdė gamybos kvotas ir svogūnėlių galiojimo laiką taikydamas piniginių baudų sistemą, paremtą GE patentų portfelio galia. Buvo išbandytos kiekvieno gamintojo lemputės ir skirtos nuobaudos už lemputes, kurių ilgis trumpesnis arba ilgesnis nei 1 000 valandų. Phoebus toliau darė įtaką rinkai, kol baigėsi jo valdymas. Kartelis dažnai minimas kaip vienas pirmųjų planuoto senėjimo atvejų: dirbtinai sutrumpinto gyvenimo laikotarpio produktų kūrimas. 2010 m. Dokumentiniame filme „Šviesos lempučių sąmokslas“ nagrinėjama kartelio istorija kartu su keletu naujausių planuoto senėjimo atvejų. Įdomu, ką sąmokslininkai būtų pagalvoję apie tariamai 100 000 valandų trunkančias lemputes? Ar net 7500?

Įstatytos į apatinę parduotuvės apšvietimo salės lentyną, kelios vienišos kaitrinės lemputės laukė kažkokio „Luddite“ vartotojo. Pasiėmusi dėžutę perskaičiau įvertintą gyvenimo trukmę: 1 000 valandų.

Lemputės gyvenimo trukmės matavimas

Ką tiksliai reiškia dėžutė per šį 1000 valandų gyvenimą? Tai yra vidutinis lemputės nominalus tarnavimo laikas (ARL) – tai laikas, per kurį 50% pradinio lempučių pavyzdžio sugenda (sutrumpinta B₅₀). Ką reiškia „gedimas“, priklauso nuo lemputės tipo; mes tai išnagrinėsime vėliau. B apibrėžimas₅₀ atskleidžia dažnai klaidingą interpretaciją, būtent tai, kad lemputė tarnaus visą numatytą jo tarnavimo laiką. Iš tikrųjų tik pusė jų trunka taip ilgai, nors šis įvertinimas nieko nepasako apie nesėkmių pasiskirstymą per vidutinę gyvenimo trukmę.

Gamintojai naudoja šias ARL reikšmes, kad prognozuotų, kiek metų lemputė tarnaus, atsižvelgiant į lemputės naudojimą nurodytu valandų skaičiumi per dieną (paprastai 3). LED lemputės dėl maitinimo dviračiu susidėvi mažiau nei kaitinamosios lempos, todėl konversija yra tik padalijimas: tarnybos metai = ARL / (3 * 365). Pavyzdžiui, pusė 100 000 valandų lempučių rinkinio pagal šį skaičiavimą vis tiek būtų naudojama po 91 metų. Bet ši paprasta metrika nepasako visos istorijos. Šviesos diodų lempučių gedimo mechanizmai yra sudėtingi ir iš esmės skiriasi nuo gerai žinomų degiklių. Norėdami suprasti daugiau, turime šiek tiek apšviesti lemputės vidinį veikimą.

Prieš išeidama iš parduotuvės į krepšelį įmetiau kelias lemputes, kad iš pirmų lūpų galėčiau pamatyti, kas yra viduje.

Kas yra lemputėje? Išplėškime!

Šviesos diodų lemputė turi ne tik šviesos diodus. Mūsų namų lizdai iš tikrųjų yra gana nešvarūs kintamosios srovės šaltiniai. Šviesos diodai nori švarių, nuolatinės srovės nuolatinės srovės šaltinių, todėl lempučių viduje esančios grandinės turi ištaisyti ir filtruoti gaunamą kintamą srovę, tada riboti srovę iki šviesos diodų paketų. Norėdami sužinoti, kaip tai daroma, aš išpjaustiau tris skirtingas A19 stiliaus lemputes: po vieną iš GE „Basic“ ir „Classic“ linijų (7500 ir 15 000 valandų) ir „Cree“ modelį, siūlantį 25 000 valandų gyvenimą.

„GE Basic A19“ lemputė (reklamuota 7 500 valandų)

Šioje „GE“ lemputėje yra plastikinis kupolas, uždengiantis apvalų aliuminio PCB, kuriame yra aštuoni LED paketai ir vairuotojo elektronika. Tvarkyklę sudaro MB10F tilto lygintuvas, elektrolitinis kondensatorius, kurio temperatūra 105 ° C, ir SM2082D tiesinės pastovios srovės tvarkyklė. PCB yra trys rezistoriai: vienas iš kondensatoriaus krauna krūvį, kai lemputė yra išjungta, o du kiti nustato SM2082D srovę 54 mA. Tiesą sakant, grandinė atrodo taip, lyg ji būtų paimta tiesiai iš SM2082D duomenų lapo.

Septyni iš 3,5 x 2,8 mm šviesos diodų paketų rodo maždaug 18 V kritimą į priekį, kai važiuojama 50 mA, o tai rodo, kad juose yra šeši LED kauliukai nuosekliai. Vienas lentos šviesos diodas rodo 9 V kritimą, todėl jame yra tik trys LED lustai. Visi šviesos diodai, iš viso 45 kauliukai, yra nuosekliai prijungti, kad sumažėtų maždaug 135 V.

„GE Classic A19“ lemputė (reklamuota 15 000 valandų)

Sakydami klasika, jie tai ir reiškia. Ši lemputė yra stikliniame voke, kaip ir kaitinamosios lemputės, ir kaip ir senos lemputės, stiklas lengvai pašalinamas rutuliniu plaktuku. Vietoje volframo gijos yra aliuminio PCB, sulankstytas į pritūpusią obeliską. Lentoje nuosekliai sujungtos šešiolika 3,5 x 2,8 mm LED paketų, kurių kiekvienos priekinė įtampa 50 mA esant maždaug 9 V. Taigi, šioje versijoje yra 48 LED lustai, palyginti su 45 „Basic“ lemputėmis, išskyrus tuos, kurie yra dvigubai daugiau pakuočių – tai gerai palaiko šviesos diodus.

Kitas šios ilgesnio tarnavimo lemputės skirtumas yra tas, kad vairuotojo elektronika nėra termiškai sujungta su šviesos diodais; jie yra paslėpti ant atskiro PCB varžto pagrinde. Tai apsaugo likusius komponentus nuo kaitinimo naudojant šviesos diodus. Vairuotojo PCB yra tiltinis lygintuvas, elektrolitinis kondensatorius, vėl įvertintas 105°C ir SOIC-8 IC. Įdomu tai, kad šioje lemputėje yra ir metalo oksido varistorius, skirtas trumpalaikiam slopinimui. Nors negalėjau nustatyti, kas yra namuose pažymėtas („BYSACT“) tvarkyklės IC, indukcinių komponentų trūkumas PCB rodo, kad tai dar vienas tiesinis tiekimas.

„Cree A19“ lemputė (reklamuota 25 000 valandų)

„Cree“ lemputė turi tokį difuzinį plastikinį kupolą kaip „GE Basic“ modelis. Viduje didesnis aliuminio PCB telpa (16) 3,5 x 2,8 mm LED paketai. Kiekvienas šviesos diodas sumažėja maždaug 8,5 V esant 50 mA, taigi juose yra 3 lustai; kaip ir „GE Classic“ lemputė, ši naudoja iš viso 48 LED kauliukus. Šviesos diodai yra sujungti kaip aštuoni dviejų lygiagrečių šviesos diodų skyriai, taigi bendras kritimas yra apie 68 V. LED PCB yra sujungtas su stora aliuminio šilumos kriaukle su silikoniniu terminiu junginiu.

Kaip ir „GE Classic“ lemputėje, maitinimo šaltinio elektronika yra atskiroje plokštėje, termiškai atjungtoje nuo šviesos diodų. Tvarkyklės IC yra SOT23-5 paketas, neginčijamai pažymėtas „SaAOC“, tačiau esant transformatoriui ir tvirtam Schottky diodui paaiškėja, kad tai yra jungiklio režimo maitinimo šaltinis. Filtro kondensatorius, esantis jungiklio išėjime, yra aliuminio elektrolitinis, skirtas 130 ° C temperatūrai.

Tai nėra daug tęsti, bet kokias išvadas galime padaryti pagal šių trijų lempučių dizainą? Tai padeda apsvarstyti, kaip jie paprastai žlunga ir kokie veiksniai veikia jų gyvenimą.

Šviesos diodai „Outlast“ kiti komponentai

Kadangi LED lemputėse yra daugybė dalių, natūralu klausti, kurios gali būti atsakingos už gedimus. JAV Energetikos departamento (DoE) kietojo kūno apšvietimo programa remia LED technologijų tyrimus ir plėtrą, o jų svetainėje yra duomenų apie LED apšvietimo sistemas. Jų gyvenimo trukmės ir patikimumo faktų suvestinėje pateikiami duomenys apie 5400 lauko lempų gedimo laipsnį per 34 milijonus darbo valandų. Įdomu tai, kad patys LED lemia tik 10% gedimų; kita vertus, vairuotojo schema buvo atsakinga beveik 60% laiko. Likusią gedimų dalį sukėlė būsto problemos, kurios gali būti netinkamos naudoti vidaus lemputėms. Šie duomenys rodo, kad bent jau įvykus katastrofiškiems gedimams (kai lempa nustoja skleisti šviesą), gyvenimo trukmės pailginimas reiškia maitinimo šaltinių gerinimą.

Raskite silpniausią nuorodą: komponento tarnavimo laikas

Lemputės (arba maitinimo šaltinio) tarnavimo laikas negali būti ilgesnis nei bet kurio jos komponento tarnavimo laikas. Tarp komponentų, esančių lempučių viduje, išsiskiria du gyvenimo trukmę ribojantys veiksniai: puslaidininkiai ir elektrolitiniai kondensatoriai. Abu šie komponentai kenčia nuo gedimo laipsnio, kuris yra stipri temperatūros funkcija. Tipiškas šio efekto modelis, pagrįstas Arrhenius lygtimi, numato dvigubą gyvenimo trukmę kiekvienam 10 laipsnių Celsijaus temperatūros sumažėjimui, bent jau ribotame diapazone.

Dvi ilgesnio tarnavimo lemputės sunaudoja dvigubai daugiau pakuočių, kad būtų galima tiekti tiek pat LED kauliukų, kiek „GE Basic“ lempa, sumažindama šiluminę varžą atitinkamiems radiatoriams ir, tikėtina, sumažindama jų temperatūrą. Šios lemputės taip pat sumontuoja gedimų turinčią tvarkyklės elektroniką ant atskirų PCB nuo šviesos diodų, kad jos būtų vėsios. Galiausiai 25 000 valandų „Cree“ lemputėje naudojamas 130 elektrolitinis kondensatorius °C, o ne kituose 105 ° C dangteliuose. Esant panašiai darbo temperatūrai, tai gali padauginti numatomą kondensatoriaus tarnavimo laiką iš penkių kartų. Kiekviena iš šių priemonių tikriausiai prisideda prie katastrofiško lemputės gedimo atidėjimo, dėl kurio ilgesnis numatomas tarnavimo laikas.

Tačiau kalbant apie pačius šviesos diodus, viso gyvenimo trukmės įvertinimai yra labiau nei katastrofiškų gedimų prognozavimas.

Tiesiog išnyk

Kaip ir garsiosios Douglaso MacArthuro linijos kariai, seni šviesos diodai nemiršta, jie tiesiog išnyksta. Visi žinome, kaip atrodo kaitrinės lempos gedimas: vieną sekundę ji dega ryškiai; kitas, ne taip (ir kaskart girdi popsą, po kurio silpnai šnibžda, kai lemputės viduje yra išsiskyrusios gijos. Nepaisant maitinimo šaltinių, šviesos diodai paprastai nesugenda, kai skamba tiek daug. Vietoj to, senstant jie palaipsniui praranda ryškumą. Apšvietimo pramonėje tai vadinama liumenų nusidėvėjimu ir yra atskiras gedimo režimas nuo katastrofiško gedimo, apie kurį dažniausiai galvojame.

Kaip paaiškėjo, liumenų nusidėvėjimas vyksta ir kaitinamosioms lemputėms. Iki 1000 valandų gyvenimo galia paprastai sumažėjo 10-15%, tačiau niekas to niekada nepastebi. Naudojant šviesos diodus, efektas yra daug blogesnis, o senstant įrenginiui galia ir toliau mažėja. Tam tikru momentu šviesos diodas nebegamina pakankamai šviesos, kad galėtų įgyvendinti pradinę paskirtį, nors ir „neišdegė“. Tyrimai sako, kad dauguma vartotojų nepastebės laipsniško 30% šviesos lygio kritimo; atitinkamai pramonė apibrėžė L_70, laikas, kai išėjimo galia sumažėjo iki 70% pradinio lygio, kaip taškas matuojant LED lemputės tarnavimo laiką. Remiantis įvertinimu, ši priemonė paprastai nurodoma kaip B₅₀-L₇₀, taškas, kuriame 50% pirminio lempučių pavyzdžio išlaikys 70% vardinės galios.

Spalvų pasikeitimas įvyksta, bet nenuspėjamas

Senstant fosforo pagrindu pagamintiems šviesos diodams, vyksta kažkas kita: jie keičia spalvą. JAV DoE pranešime apie LED šviestuvų patikimumą: Spalvų poslinkio poveikis apibrėžia keturis spalvų poslinkius (mėlynos, geltonos, raudonos ir žalios), pastebėtus LED lempose, nors geltonos spalvos poslinkis vyrauja didelės galios baltos šviesos dioduose. Šis laipsniškas šviesos srautas pagelsta dėl fosforo įtrūkimų, atsiskyrimo ir šiluminių efektų, nes fosforo temperatūra gali viršyti LED sankryžos temperatūrą 30–50 ° C. Modeliuojamas ir numatomas spalvų pokytis …