Dlaczego moja dioda LED nie wypaliła się do tej pory?

Mam 15-letni rejestrator ReplayTV. Przyzwyczaiłem się, nie jestem pewien, kiedy, ale prawdopodobnie jakieś dziesięć lat temu. Jest włączony prawie cały czas i ma z przodu niebieską diodę LED zasilania.

LED FAQ mówi, że wiele diody mają nominalną żywotność 50.000 godzin, co oznacza, że powinna ona trwać tylko około 5,5 roku, kiedy używane 24x7. Green Efficient Homes mówi, że „pojedyncza dioda LED może trwać nawet 100 000 godzin”, co oznacza, że ​​podbija ją do 11 lat.

Strony te wydają się dotyczyć żarówek LED, a nie pojedynczych diod LED używanych jako wskaźniki na urządzeniach elektronicznych.

Dlaczego ten mały facet tak długo świecił?

Właściwie zaprojektowane, zbudowane i używane dzisiejsze diody LED mają niewiarygodnie długą żywotność, a mechanizmy zużycia nie mają katastrofalnego charakteru, dlatego zamiast statystyk MTTF lampy żarowej często stosuje się procent jasności (70%) w celu określenia żywotności - to nie oznacza Oznacza to, że dioda LED przepala się, oznacza to, że zgaszona lampa stanowi zaledwie 70% tego, co było, gdy była nowa. Ponieważ zmiana jest powolna, zwykle jej nie zauważasz.

W przypadku światła białego ma to sens, ponieważ po pewnym czasie światło działa, ale może być zbyt słabe, aby było przydatne w zastosowaniach, takich jak latarka lub lampa do czytania.

Żarówki FWIW są ​​podatne na coś podobnego, ponieważ włókno powoli paruje, pozostawiając ciemną powłokę na szklanej powłoce, przyciemniając światło. Są w stanie odrobinę zrekompensować, ponieważ włókno świeci nieco jaśniej ze względu na zwiększony opór (aż do zerwania).

Najlepszy szacunek, jaki mam dla wskaźnika żywotności diody LED to ponad 5 000 000 godzin.

Nie sądzę, żeby ktokolwiek byłby zaskoczony, gdyby mikrokontroler trwał 10–15 lat. Bardziej prawdopodobne jest, że OCZEKUJESZ, że przetrwa tak długo. Zastanów się, ile połączeń pn może zawieść w mikrokontrolerze. Dioda LED ma tylko jedno złącze pn. Wskaźnik LED będzie trwał dłużej, niż ktokolwiek może przeżyć, aby się dowiedzieć.

Wskaźniki LED prawdopodobnie nigdy nie zawiodą w twoim życiu. Średni czas życia człowieka wynosi obecnie około 78 lat lub 683,280 godzin. Wskaźniki LED mogą trwać dłużej.

Zasilacz (najsłabsze ogniwo w większości produktów) zasilający diodę LED w rejestratorze trwał 15 lat (23 400 godzin).

Niezawodność opiera się nie tylko na diodzie LED, ale także na systemie, w którym dioda LED jest używana.

Diody LED rzadko giną. Żarówki LED giną z powodu awarii sterownika.
Ocena żywotności diody LED zależy od utrzymania strumienia świetlnego.

Wspólną specyfikacją dla diod LED o dużej mocy jest utrzymanie 70% prześwitu (czyli 70% jego szczytowego natężenia) po 50 000 godzin pracy.

Najbardziej znanym standardem branżowym jest IES LM-80 (LM-80), który według amerykańskiego Departamentu Energii jest „zatwierdzoną metodą pomiaru amortyzacji światła półprzewodnikowych (LED) źródeł światła, matryc i modułów” ( US DOE).

W białej księdze Lumiled szczegółowo omówiono ten temat:
Ocena zachowania systemów LED w całym cyklu życia

Zrobiłem wykres szacunkowy Lumileds 149 000 godzin (ryc. 5) i ekstrapolowałem go na 1 000 000 godzin. Pamiętając o tym, jest to dioda LED wysokiej mocy testowana w wysokiej temperaturze. Wskaźniki LED działają znacznie dłużej.

Ogólna zasada mówi, że żywotność półprzewodnika jest zmniejszona o 50% na każdy wzrost temperatury o 10 ° C. W testach LM-80 stosowana jest temperatura złącza powyżej 130 ° C (podana jest temperatura otoczenia 120 ° C). Wskaźnik LED świeci w temperaturze pokojowej. Więc dla tego znacznie ponad 5 razy dłużej dla wskaźnika. To, gdzie otrzymałem mój najlepszy szacunek, to 5 000 000 godzin.

To jest do oświetlania diod LED. Wskaźniki LED zawsze były znane z bardzo wysokiej niezawodności. AT&T był jednym z pierwszych, którzy to zobaczyli.

AT&T stwierdził, że ich diody LED sygnalizujące działanie telefonu wystarczą nawet na 50 lat. To 438 000 godzin. 50 000 godzin dotyczy wysokiej mocy (wysokiej temperatury), która spada do 70%. Trwają znacznie dłużej niż 50 000 przed awarią. Lumileds przetestował L70 do 148 000 godzin w teście 50 000. Gdyby udali się do punktu, w którym już go nie widać, prawdopodobnie będzie to od 500 000 do 1 000 000 godzin. Zobacz rysunek 5 w białej księdze. Był to wysokowydajny wysokotemperaturowy Luxeon Rebel testowany w temperaturze 85 ° C, 0,35 A (łączenie ≅98 ° C).

W latach 60. przestarzała dioda LED 110 V GaP przetrwała ponad 438 000 godzin. (50 lat)

Pod koniec lat 60. XX wieku AT&T Bell Laboratories natychmiast zdało sobie sprawę, że istnieje wiele możliwych zastosowań diod LED. Lampki kontrolne. stały się przydatne w branży telefonicznej. Wszystkie takie światła używane w tym czasie w USA działały przy napięciu 110 V. Przykładem jest telefon „Princess”, który miał być używany w sypialniach - tarcza świeciła, gdy telefon był podnoszony z podstawki. „Księżniczka” była prestiżowym telefonem i najnowszą modą w latach 60. XX wieku, ale musiała zostać zainstalowana w pobliżu gniazdka 110 V. W przypadku przepalenia żarówki potrzebna była rozmowa serwisowa z lokalną firmą telefoniczną. Gdyby diody LED zastąpiły żarówki 110 V, linia telefoniczna mogłaby zasilać diody LED i gniazdko 110 V nie byłoby już potrzebne. Ponadto diody LED GaP miały przewidywany okres użytkowania przekraczający 50 lat, gdy są używane w telefonach,

Materiał LED robi różnicę.
Z książki Diody elektroluminescencyjne E. Freda Schuberta

Niezawodność urządzeń AlGaAs jest niższa niż niezawodność urządzeń AlGaInP, które nie zawierają żadnych AlGaAs. Warstwy AlGaA o wysokiej zawartości Al podlegają utlenianiu i korozji, co skraca żywotność urządzenia.

Jeśli 110 V GaP trwa 50 lat, wówczas dioda LED 2 V powinna trwać znacznie dłużej. Ponieważ IV właściwości LED poprawiły się, żywotność również uległa poprawie.

Niskie wartości [V _f ] są konsekwentnie skorelowane z wysoką niezawodnością urządzenia

Strony te wydają się dotyczyć żarówek LED, a nie pojedynczych diod LED używanych jako wskaźniki na urządzeniach elektronicznych.

To jest sedno problemu.

Pierwszym elementem, który zawodzi w żarówce LED, jest zwykle zasilacz, a nie same diody LED. Awaria zasilacza może spowodować awarię diody LED - albo przez dostarczenie zbyt dużej mocy, albo przez generowanie nadmiernego ciepła - ale same diody LED rzadko są winne. Ponieważ diody wskaźnikowe nie zawierają własnego źródła zasilania, problemy te nie mają na nie wpływu. (Awaria zasilacza w urządzeniu zawierającym diody LED jest zwykle przypisywana awarii samego urządzenia, a nie jego diod LED!)

Ponadto żarówki LED są aplikacją o wiele bardziej wymagającą niż diody wskaźnikowe. Diody LED w żarówce często działają w pobliżu maksymalnej mocy projektowej w wysokich temperaturach. Powoduje to, że starzeją się szybciej niż wskaźnikowa dioda LED, która zwykle działa tylko przy mocy wymaganej do tego, aby widocznie się zaświeciła.

Wskaźniki LED zwykle mają użyteczną żywotność mierzoną w dziesięcioleciach. Jasność diody LED może się nieznacznie zmniejszać w miarę starzenia, ale rzadko się „wypala”.

Wskaźnik LED prawdopodobnie nie działa przy mocy nominalnej.

Żywotność diody LED jest zwykle określana przy mocy nominalnej. Ponieważ niebieskie diody LED są dość irytującymi wskaźnikami, są one często przyciemniane do mniej irytującej jasności (na przykład nominalny prąd znamionowy wynosi 20 mA, a rzeczywisty prąd pracy w konkretnym urządzeniu wynosi zaledwie 3 mA). Zwiększa to znacznie żywotność diody LED.

To jest dodatek do innych odpowiedzi. Dioda LED będzie już przyciemniona niż wtedy, gdy była nowa, ale nadal jest przydatna jako lampka kontrolna.

Ocena jest tylko MTBF (średni czas między awariami)

LED MTBF

Dla dowolnego elementu lub systemu MTBF to średni czas między awariami. MTBF to czas, który upłynął, który jest przewidziany między nieodłącznymi awariami elementu lub systemu podczas pracy.

MTBF jest liczbą stosowaną w obliczeniach dotyczących niezawodności elementów wyposażenia. Aby móc obliczyć MTBF urządzenia, konieczna jest znajomość MTBF poszczególnych elementów, np. LED MTBF w tym przypadku.

Współczynnik awarii dla komponentu i MTBF są powiązane. MTBF można obliczyć jako odwrotność wskaźnika awaryjności, jeżeli założono, że istnieje stały wskaźnik awaryjności, co nie jest nieuzasadnione jako założenie pierwszego rzędu.

MTBF = godziny pracy / liczba awarii

Dane MTBF są często cytowane w arkuszach danych producenta. Jednak MTBF można znacznie obniżyć, eksploatując komponenty zbliżone do ich wartości granicznych. Wrogie środowiska, takie jak wysoka temperatura i wibracje, również zmniejszają MTBF.

Jednak gdy działają w swoich granicach, lampy LED mają długą żywotność i nie zawodzą bardzo często.

Źródło: https://www.radio-electronics.com/info/data/semicond/leds-light-emitting-diodes/lifespan-lifetime-expectancy-mtbf.php

Bez przykładowej populacji i testowania tej konkretnej diody LED nie będzie możliwe określenie, jaki jest czas życia tej diody LED. producent może zagwarantować tylko to, co wie o tej diodzie LED (prawdopodobnie poprzez przeprowadzenie jej przez kilka miesięcy testów, pomiar degradacji), a następnie ekstrapolację tego przez cały okres użytkowania. Następnie gwarantują wartość MTBF, a jeśli otrzymasz średnio partię ich diod LED, będą one trwać dłużej niż x ilość godzin. Ale mogą trwać dłużej, wartość MTBF jest tylko dolną granicą.

Szacowanie oczekiwanej długości życia komponentów elektronicznych to trudna sprawa. Jak można sobie wyobrazić, producent nie może czekać 50 000 godzin (lub około 2 290 000 000 godzin na odbiornik RS232, patrz strona 7 tego eseju ) na zebranie statystyk awarii urządzeń, rynek nie pozwala na to. Wszystkie szacunki są wykonywane przy użyciu „modeli przyspieszonych” .

Chodzi o to, aby ustawić partię urządzeń w ekstremalnych warunkach (napięcie, prąd, temperatura, czynniki środowiskowe), aż niektóre urządzenia ulegną awarii w rozsądnym czasie testu (dni lub godziny), przy założeniu braku zmiany mechanizmów awarii. Następnie, stosując niektóre teoretyczne modele mechanizmów awarii i inne ZAŁOŻENIA, wskaźnik awarii zostaje ekstrapolowany na normalne warunki pracy. Zazwyczaj modele teoretyczne są typu wykładniczego, więc małe błędy podczas przyspieszonego testowania mogą powodować ogromne różnice w szacunkach dla ogonów tych funkcji wykładniczych. Tak więc modele są zwykle po stronie konserwatywnej, aby uniknąć zobowiązań wynikających z katastrofalnych przedwczesnych awarii.

Na przykład, jeśli model przyspieszony dla diody LED zawierał wilgotność powietrza i współczynnik rdzy / utleniania, ale twoja dioda LED zawsze znajdowała się w pomieszczeniu i w suchym powietrzu, może trwać znacznie dłużej niż określony przez producenta współczynnik MTBF.

Te czasy są oceniane jako czasy życia i mogą być bardzo konserwatywne. Może się zdarzyć, że większość lub (jeśli masz szczęście) niektóre z nich poradzą sobie kilkakrotnie dłużej, więc 15 lat nie brzmi nieracjonalnie.

Jeśli znamionowy okres użytkowania jest gwarantowany, lub nawet na nim polegany, wówczas producent może być konserwatywny i / lub ograniczać się do tego, co wie, że jest prawdą, a nie do tego, czego się spodziewa . Być może będzie musiał się bronić w procesie sądowym!

Niebieskie diody LED stały się powszechnie dostępne jako tanie diody wskaźnikowe dopiero pod koniec lat 90. W 2010 roku producent mógł mieć niewiele więcej niż dziesięć lat doświadczenia w pracy z urządzeniami, dlatego ryzykowne byłoby ustalenie oczekiwanej długości życia przekraczającej dziesięć lat, ponieważ teoria i eksperymenty laboratoryjne „przyspieszonego starzenia” nie mogą zastąpić dwóch dekad faktyczne wykorzystanie w terenie.

Istnieją powody, by sądzić, że dyski mogą działać przez dziesięć lat, żarówki LED ponad dwadzieścia, panele słoneczne ponad trzydzieści. Ale doświadczenie może zatriumfować nad nadzieją, a obecnie istnieją „znane niewiadome” dotyczące długoterminowych właściwości starzenia się takich produktów, które może ujawnić jedynie upływ czasu.

Po pierwsze, jak powiedzieli inni, żywotność diody LED to MTBF, po drugie, niektórzy producenci strobują światła z bardzo dużą prędkością, więc światło jest właściwie wyłączone przez dłuższy czas, twoje oczy po prostu nie mogą go zarejestrować. Robi się to często w celu zmniejszenia zużycia baterii, ale przypuszczam, że można go również wykorzystać do zwiększenia żywotności.

Działają wiązkę diod LED przez 50 000 godzin i żadna z nich się nie wypaliła. Mówią więc na opakowaniu „Gwarantowana przez co najmniej 50 000 godzin”. Aby zagwarantować diodę LED przez 20 lat, musieliby ją uruchomić przez 20 lat, aby ją przetestować.

Istnieje również prawdopodobieństwo wystąpienia zdarzenia zewnętrznego, takiego jak wyładowanie statyczne, powodujące awarię diody LED. To raczej małe prawdopodobieństwo wpływa na ocenę 50 000 godzin w porównaniu do 100 000 godzin.