ทำไม LED ของฉันถึงยังไม่ถึงจุดดับ

ฉันมี ReplayTV DVR อายุ 15 ปี ฉันได้รับมันใช้ฉันไม่แน่ใจว่าเมื่อ แต่อาจประมาณหนึ่งทศวรรษที่ผ่านมา มันเปิดอยู่เกือบตลอดเวลาและมีไฟ LED สีน้ำเงินที่ด้านหน้า

LED คำถามที่พบบ่อยบอกว่าไฟ LED จำนวนมากมีอายุการใช้งานการจัดอันดับจาก 50,000 ชั่วโมงซึ่งหมายถึงว่ามันควรจะเป็นเพียงที่ผ่านมาประมาณ 5.5 ปี 24x7 เมื่อใช้ บ้านที่มีประสิทธิภาพ Greenกล่าวว่า "LED แต่ละตัวอาจมีอายุการใช้งาน 100,000 ชั่วโมง" ดังนั้นมันจึงกระแทกได้นานถึง 11 ปี

เว็บไซต์เหล่านี้ดูเหมือนจะเกี่ยวกับหลอดไฟ LED ไม่ใช่ไฟ LED แต่ละดวงที่ใช้เป็นตัวบ่งชี้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ทำไมเจ้าตัวน้อยตัวนี้ถึงสามารถเปล่งประกายได้อย่างต่อเนื่องมานาน?

การออกแบบสร้างและใช้งานอย่างถูกต้องไฟ LED ในปัจจุบันมีอายุการใช้งานที่ยาวนานอย่างเหลือเชื่อและกลไกการสึกหรอไม่ได้เป็นความหายนะในธรรมชาติดังนั้นแทนที่จะใช้สถิติ MTTF ของหลอดไฟแทนเปอร์เซ็นต์ความสว่าง (70%) มักใช้เพื่อกำหนดอายุการใช้งาน t หมายถึงว่าไฟ LED ดับลงนั่นหมายความว่าแสงที่ใส่ออกไปนั้นเป็นเพียง 70% ของแสงที่เกิดขึ้นเมื่อแบรนด์ใหม่ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงช้าคุณตามปกติจึงไม่สังเกตเห็น

สำหรับการใช้งานแสงสีขาวสิ่งนี้เหมาะสมแล้วหลังจากผ่านไประยะเวลาหนึ่งแสงจะทำงาน แต่อาจสลัวเกินไปที่จะเป็นประโยชน์ในแอปพลิเคชันเช่นไฟฉายหรือโคมไฟอ่านหนังสือ

หลอดไส้ FWIW มีแนวโน้มที่จะคล้ายกับสิ่งที่คล้ายกันในหลอดไส้จะค่อยๆระเหยออกจากการเคลือบสีเข้มบนเปลือกแก้วทำให้แสงสลัว พวกมันสามารถชดเชยเล็กน้อยได้เพราะใยเรืองแสงสว่างขึ้นเล็กน้อยเนื่องจากความต้านทานที่เพิ่มขึ้น (จนกว่าจะแตก)

ที่ดีที่สุดในการคาดเดาฉันมีสำหรับไฟแสดงสถานะ LED อายุการใช้งานมากกว่า 5,000,000 ชั่วโมง

ฉันไม่คิดว่าจะมีใครแปลกใจถ้าตัวควบคุมขนาดเล็กกินเวลา 10-15 ปี มีโอกาสมากที่คน ๆ หนึ่งคาดหวังได้ว่าจะอยู่ได้นาน ลองคิดดูว่ามีจุดเชื่อมต่อ pn จำนวนกี่ตัวที่ล้มเหลวในไมโครคอนโทรลเลอร์ LED มีจุดแยก pn เพียงจุดเดียว LED แสดงสถานะจะมีอายุการใช้งานนานกว่าใคร ๆ จะสามารถหาคำตอบได้

ไฟ LED บอกสถานะจะไม่มีวันล้มเหลวในชีวิตของคุณ เวลาชีวิตมนุษย์โดยเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 78 ปีหรือ 683,280 ชั่วโมง ไฟแสดงสถานะ LED สามารถอยู่ได้นานกว่านั้น

แหล่งจ่ายไฟ (ลิงก์ที่อ่อนที่สุดในผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่) จ่ายไฟ LED ในเครื่องบันทึกภาพใช้เวลา 15 ปี (23,400 ชั่วโมง)

ความน่าเชื่อถือนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับ LED เท่านั้น แต่เป็นระบบที่ใช้ LED

ไฟ LED ไม่ค่อยตาย หลอดไฟ LED ตายเพราะคนขับล้มเหลว
การจัดอันดับอายุการใช้งาน LED นั้นขึ้นอยู่กับการบำรุงรักษาลูเมน

ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับไฟ LED พลังงานสูงคือการบำรุงรักษา 70% ลูเมน (นั่นคือผลผลิตที่ 70% ของความเข้มสูงสุด) หลังจาก 50,000 ชั่วโมงการทำงาน

มาตรฐานอุตสาหกรรมที่โดดเด่นที่สุดคือ IES LM-80 (LM-80) ซึ่งเป็นไปตามกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาว่าเป็น "วิธีการที่ได้รับการอนุมัติสำหรับการวัดค่าเสื่อมราคาลูเมนของแหล่งกำเนิดแสงโซลิดสเตต (LED), อาร์เรย์และโมดูล" ( สหรัฐฯ DOE)

กระดาษขาว Lumiled นี้ครอบคลุมหัวข้อโดยละเอียด: การ
ประเมินพฤติกรรมอายุการใช้งานของระบบ LED

ฉันใช้กราฟประมาณการณ์ของ Lumileds 149,000 ชม. (รูปที่ 5) และประมาณการณ์ได้ถึง 1,000,000 ชั่วโมง โปรดทราบว่านี่เป็น LED พลังงานสูงที่ทดสอบที่อุณหภูมิสูง ไฟ LED แสดงสถานะมีอายุการใช้งานนานขึ้น

กฎของหัวแม่มือคือชีวิตของเซมิคอนดักเตอร์จะลดลง 50% สำหรับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 10 ° C ในแต่ละ ในการทดสอบ LM-80 จะใช้อุณหภูมิจุดแยกมากกว่า 130 ° C (ระบุอุณหภูมิแวดล้อม 120 ° C) และไฟ LED แสดงสถานะจะทำงานที่อุณหภูมิห้อง ดังนั้นสำหรับเรื่องนั้นนานกว่า 5X อีกต่อไปสำหรับตัวบ่งชี้ นี่คือที่ที่ฉันได้รับการคาดเดาที่ดีที่สุดที่ฉันมีคือ 5,000,000 ชั่วโมง

นั่นคือสำหรับไฟ LED แสง ไฟ LED ตัวบ่งชี้ได้รับการรู้จักกันเสมอสำหรับความน่าเชื่อถือสูงมาก AT&T เป็นคนแรกที่ได้เห็นสิ่งนี้

AT&T พบว่าไฟ LED แสดงสถานะโทรศัพท์ของพวกเขามีอายุการใช้งานนานถึง 50 ปี นั่นคือ 438,000 ชั่วโมง 50,000 ชม. นำไปใช้กับพลังงานสูง (อุณหภูมิสูง) ที่ลดลงถึง 70% พวกเขานานกว่า 50,000 กว่าก่อนที่จะล้มเหลว Lumileds ได้ทดสอบ L70 ถึง 148,000 ชั่วโมงกับการทดสอบ 50,000 ครั้ง หากพวกเขาไปถึงจุดที่ไม่สามารถมองเห็นได้อีกต่อไปก็น่าจะเป็น 500,000 ถึง 1,000,000 ชั่วโมง ดูรูปที่ 5 ในกระดาษสีขาว และนั่นคือ Lbelon Rebel อุณหภูมิสูงกำลังแรงทดสอบที่ 85 ° C, 0.35A (Tjunction ≅98° C)

1960 GaP LED โบราณวัตถุ 110V จะมีอายุมากกว่า 438,000 ชั่วโมง (50 ปี)

ในตอนท้ายของทศวรรษ 1960 AT&T Bell Laboratories ตระหนักได้ทันทีว่ามีแอพพลิเคชั่นที่เป็นไปได้มากมายสำหรับ LED ไฟแสดงสถานะ กำลังกลายเป็นประโยชน์ในธุรกิจโทรศัพท์ ไฟดังกล่าวทั้งหมดที่ใช้ในเวลานั้นในสหรัฐอเมริกาดำเนินการโดยใช้ 110 V ตัวอย่างเช่นโทรศัพท์“ Princess” ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ในห้องนอน - หน้าปัดสว่างขึ้นเมื่อโทรศัพท์ถูกหยิบขึ้นมาจากแท่น "เจ้าหญิง" เป็นโทรศัพท์ที่มีชื่อเสียงและเป็นแฟชั่นล่าสุดในปี 1960 แต่จะต้องติดตั้งใกล้กับเต้าเสียบ 110 V ต้องโทรศัพท์ไปที่ บริษัท ผู้ให้บริการโทรศัพท์ในพื้นที่หากหลอดไฟหมด หากไฟ LED เปลี่ยนหลอดไฟ 110 V สายโทรศัพท์สามารถจ่ายไฟ LED ได้และไม่จำเป็นต้องใช้เต้าเสียบ 110 V อีกต่อไป นอกจากนี้ไฟ LED GaP มีอายุการใช้งานมากกว่า 50 ปีเมื่อใช้กับโทรศัพท์

วัสดุ LED สร้างความแตกต่าง
จากหนังสือ Light emitting Diodes โดย E. Fred Schubert

ความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ AlGaAs นั้นต่ำกว่าอุปกรณ์ AlGaInP ที่ไม่มี AlGaAs ใด ๆ ชั้น AlGaAs ที่มีความเข้มข้นสูงนั้นอาจมีการเกิดออกซิเดชั่นและการกัดกร่อนทำให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์ลดลง

หาก 110 V GaP กินเวลา 50 ปี LED 2V ควรมีอายุการใช้งานนานกว่ามาก เนื่องจากคุณสมบัติ IV ของ LED ได้ปรับปรุงอายุการใช้งานก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน

ค่าต่ำของ [V _f ] มีความสัมพันธ์อย่างต่อเนื่องกับความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์สูง

เว็บไซต์เหล่านี้ดูเหมือนจะเกี่ยวกับหลอดไฟ LED ไม่ใช่ไฟ LED แต่ละดวงที่ใช้เป็นตัวบ่งชี้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

นี่คือสาระสำคัญของปัญหา

ส่วนประกอบแรกที่ล้มเหลวในหลอดไฟ LED มักเป็นแหล่งจ่ายไฟไม่ใช่ LED ด้วยตนเอง ความล้มเหลวของแหล่งจ่ายไฟอาจทำให้เกิดความล้มเหลวใน LED - โดยการส่งพลังงานมากเกินไปหรือโดยการสร้างความร้อนมากเกินไป - แต่ไฟ LED ตัวเองไม่ค่อยมีความผิด เนื่องจากไฟ LED แสดงสถานะไม่มีแหล่งจ่ายไฟของตนเองจึงไม่ได้รับผลกระทบจากปัญหาเหล่านี้ (ความล้มเหลวของแหล่งจ่ายไฟในอุปกรณ์ที่มีไฟ LED มักจะเกิดจากอุปกรณ์ตัวเองล้มเหลวไม่ใช่ไฟ LED!)

นอกจากนี้หลอดไฟ LED ยังเป็นแอพพลิเคชั่นที่เรียกร้องมากขึ้นกว่าไฟ LED แสดงสถานะ หลอดไฟ LED ในหลอดไฟมักจะทำงานใกล้เคียงกับกำลังงานออกแบบสูงสุดที่อุณหภูมิสูง สิ่งนี้ทำให้พวกมันมีอายุเร็วกว่า LED ไฟแสดงสถานะซึ่งโดยปกติจะทำงานที่กำลังที่จำเป็นเท่านั้นเพื่อทำให้แสงสว่างอย่างเห็นได้ชัด

ตัวบ่งชี้ไฟ LED มักมีอายุการใช้งานที่มีประโยชน์วัดในทศวรรษที่ผ่านมา ความสว่างของไฟ LED อาจลดลงเล็กน้อยตามอายุ แต่จะหายากสำหรับผู้ที่ "เบิร์น"

ไฟ LED แสดงสถานะอาจไม่ทำงานที่กำลังไฟเล็กน้อย

โดยทั่วไปอายุการใช้งานของไฟ LED จะถูกระบุที่กำลังไฟปกติ เนื่องจากไฟ LED สีน้ำเงินเป็นไฟแสดงสถานะที่ค่อนข้างน่ารำคาญไฟ LED เหล่านี้มักจะหรี่ลงสู่ความสว่างที่น่ารำคาญน้อยลง (ตัวอย่างเช่นกระแสไฟที่ระบุน้อยที่สุดคือ 20mA กระแสไฟที่ใช้งานจริงในอุปกรณ์เฉพาะคือ 3mA) สิ่งนี้จะเพิ่มอายุการใช้งานที่มีประโยชน์ของ LED อย่างมีนัยสำคัญ

นั่นคือนอกเหนือจากคำตอบอื่น ๆ ตอนนี้ LED จะหรี่ลงกว่าตอนที่มันใหม่ แต่ก็ยังมีประโยชน์ในฐานะเป็นไฟแสดงสถานะ

การให้คะแนนเป็นเพียง MTBF (เวลาเฉลี่ยระหว่างความล้มเหลว)

LED MTBF

สำหรับส่วนประกอบหรือระบบใด ๆ MTBF คือเวลาเฉลี่ยระหว่างความล้มเหลว MTBF เป็นเวลาที่ผ่านไปซึ่งคาดการณ์ระหว่างความล้มเหลวโดยธรรมชาติของส่วนประกอบหรือระบบระหว่างการดำเนินการ

MTBF เป็นตัวเลขที่ใช้ในการคำนวณความน่าเชื่อถือของรายการอุปกรณ์ เพื่อให้สามารถคำนวณ MTBF ของอุปกรณ์ได้จำเป็นต้องทราบ MTBF ของแต่ละองค์ประกอบเช่น LED MTBF ในกรณีนี้

อัตราความล้มเหลวสำหรับส่วนประกอบและ MTBF เชื่อมโยง สามารถคำนวณ MTBF เป็นค่าผกผันของอัตราความล้มเหลวหากมีการสันนิษฐานว่ามีอัตราความล้มเหลวคงที่ซึ่งไม่ได้ไม่มีเหตุผลตามข้อสมมติอันดับแรก

MTBF = ชั่วโมงการทำงาน / จำนวนความล้มเหลว

ตัวเลข MTBF มักจะถูกยกมาในแผ่นข้อมูลผู้ผลิต อย่างไรก็ตาม MTBF สามารถลดลงได้อย่างมากจากส่วนประกอบการดำเนินงานใกล้เคียงกับขีด จำกัด ที่กำหนดไว้ สภาพแวดล้อมที่เป็นมิตรเช่นอุณหภูมิสูงและการสั่นสะเทือนยังช่วยลด MTBF

อย่างไรก็ตามเมื่อใช้งานภายในขีด จำกัด หลอดไฟ LED จะมีอายุการใช้งานที่ยาวนานและไม่ได้ล้มเหลวบ่อยนัก

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

หากไม่มีประชากรตัวอย่างและการทดสอบ LED เฉพาะนั้นจะไม่สามารถบอกได้ว่าอายุการใช้งานของ LED นั้นคืออะไร ผู้ผลิตสามารถรับประกันได้ผ่านสิ่งที่พวกเขารู้เกี่ยวกับ LED นั้น (อาจผ่านการทดสอบในแต่ละเดือนมูลค่าการทดสอบวัดการย่อยสลาย) และจากนั้นประมาณการณ์ตลอดอายุการใช้งาน พวกเขารับประกันรูป MTBF และหากคุณได้รับชุด LED โดยเฉลี่ยพวกเขาจะมีอายุมากกว่า x จำนวนชั่วโมง แต่พวกเขาสามารถทำได้นานกว่านั้นตัวเลข MTBF เป็นเพียงขอบเขตที่ต่ำกว่า

การประมาณอายุขัยของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เป็นธุรกิจที่ยุ่งยาก อย่างที่ใคร ๆ ก็คาดไม่ถึงผู้ผลิตไม่สามารถรอ 50,000 ชั่วโมง (หรือประมาณ 2,290,000,000 ชั่วโมงสำหรับตัวรับสัญญาณ RS232 ดูหน้า 7 ของบทความนี้ ) เพื่อรวบรวมสถิติความล้มเหลวของอุปกรณ์ตลาดไม่อนุญาตให้ทำเช่นนี้ ประมาณการทั้งหมดจะทำโดยใช้โมเดล "เร่ง"

แนวคิดคือการตั้งค่าชุดของอุปกรณ์ภายใต้สภาวะที่รุนแรง (แรงดัน, กระแส, อุณหภูมิ, ปัจจัยด้านสภาพแวดล้อม) จนกว่าอุปกรณ์บางอย่างจะล้มเหลวในเวลาทดสอบที่สมเหตุสมผล (วันหรือชั่วโมง) โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงกลไกความล้มเหลว จากนั้นด้วยการใช้แบบจำลองเชิงทฤษฎีของกลไกความล้มเหลวและข้อสันนิษฐานอื่น ๆ อัตราความล้มเหลวได้รับการคาดการณ์กับสภาพการทำงานปกติ โดยทั่วไปแล้วตัวแบบเชิงทฤษฎีเป็นแบบเอ็กซ์โปแนนเชียลดังนั้นข้อผิดพลาดเล็ก ๆ ระหว่างการทดสอบแบบเร่งสามารถส่งผลให้เกิดความแตกต่างมากมายในการประมาณค่าสำหรับส่วนท้ายของฟังก์ชันเลขชี้กำลังเหล่านี้ ดังนั้นโมเดลมักจะอยู่ในแนวอนุรักษ์นิยมเพื่อหลีกเลี่ยงหนี้สินจากความล้มเหลวก่อนวัยอันควรที่เกิดภัยพิบัติ

ตัวอย่างเช่นหากแบบจำลองการเร่งความเร็วของ LED รวมถึงความชื้นในอากาศและปัจจัยการเกิดสนิม / การออกซิเดชั่น แต่ไฟ LED ของคุณอยู่ที่ห้องและสภาพอากาศแห้งเสมอมันอาจมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า MTBF ที่ระบุ

เวลาเหล่านั้นได้รับการจัดอันดับอายุการใช้งานและสามารถอนุรักษ์นิยมมาก ดังนั้นอาจเป็นไปได้ว่าส่วนใหญ่หรือ (ในกรณีที่คุณโชคดี) บางคนสามารถจัดการกับปัจจัยได้มากกว่านี้ดังนั้น 15 ปีที่ฟังดูไม่สมเหตุสมผล

หากอายุการใช้งานที่ได้รับการรับประกันหรือแม้กระทั่งการพึ่งพาจากนั้นผู้ผลิตอาจจะระมัดระวังและ / หรือ จำกัด ตัวเองกับสิ่งที่มันรู้ว่าเป็นจริงมากกว่าสิ่งที่คาดหวังว่าจะเป็นจริง อาจต้องป้องกันตัวเองในคดีความ!

ไฟ LED สีน้ำเงินไม่สามารถใช้งานได้อย่างกว้างขวางเป็นไฟ LED แสดงสถานะราคาถูกจนถึงปลายปี 1990 ในปี 2010 ผู้ผลิตอาจไม่ได้มีประสบการณ์มากกว่าทศวรรษของอุปกรณ์และมันจึงมีความเสี่ยงที่จะระบุอายุขัยมากกว่าสิบปีเพราะทฤษฎีและการทดลองในห้องปฏิบัติการ "เร่งอายุ" ไม่สามารถทดแทนได้สองทศวรรษ การใช้งานจริงในสนาม

มีเหตุผลที่จะหวังว่าดิสก์ไดรฟ์สามารถใช้งานได้สิบปีที่ผ่านมาหลอดไฟ LED กว่ายี่สิบแผงเซลล์แสงอาทิตย์กว่าสามสิบ แต่ประสบการณ์อาจเอาชนะความหวังได้และปัจจุบันมี "สิ่งแปลกปลอมที่รู้จัก" ในปัจจุบันเกี่ยวกับลักษณะความชราในระยะยาวของผลิตภัณฑ์ดังกล่าวซึ่งมีเพียงเวลาที่ผ่านไปมากเท่านั้นที่จะทำให้เป็นที่รู้จัก

ครั้งแรกอย่างที่คนอื่น ๆ บอกว่าอายุการใช้งานของ LED เป็น MTBF ที่สองผู้ผลิตบางรายใช้แสงแฟลชที่ความเร็วสูงมากดังนั้นแสงจะหยุดลงเมื่อเวลาผ่านไปจริง ๆ แล้วดวงตาของคุณไม่สามารถลงทะเบียนได้ มักทำเพื่อลดการใช้แบตเตอรี่ แต่ฉันคิดว่าอาจใช้เพื่อยืดอายุการใช้งาน

พวกเขาใช้หลอดไฟ LED จำนวนหนึ่งเป็นเวลา 50,000 ชั่วโมงและไม่มีไฟใด ๆ ดับ ดังนั้นพวกเขาจึงพูดในแพ็คเกจ "รับประกันอย่างน้อย 50,000 ชั่วโมง" ในการรับประกันไฟ LED เป็นเวลา 20 ปีจะต้องใช้มันเป็นเวลา 20 ปีในการทดสอบ

นอกจากนี้ยังมีความน่าจะเป็นของเหตุการณ์ภายนอกเช่นการคายประจุไฟฟ้าสถิตทำให้เกิด LED ล้มเหลว ความน่าจะเป็นที่ค่อนข้างเล็กนี้มีอิทธิพลต่อการให้คะแนน 50,000 ชั่วโมงเทียบกับ 100,000 ชั่วโมง