Введение

В последние годы технология светодиодного освещения и количество областей его применения стремительно развиваются, при этом растет его проникновение в общественное, жилое и коммерческое освещение. Это связано с многочисленными преимуществами, которые светодиоды предлагают светотехнической отрасли, включая высокую эффективность, долговечность, экологичность и сокращение затрат на обслуживание благодаря длительному сроку службы. Все эти факторы приводят к экономии энергии и затрат на обслуживание, но все они зависят от длительного срока службы светодиодных продуктов. Срок службы светодиодов обычно выражается в таких терминах, как L70, L90 и LxxByy (что такое LxxByy?). Например, L70 > 100 000 часов означает, что светодиод может сохранять не менее 70% своего первоначального светового потока после 100 000 часов работы. 100 000 часов эквивалентны работе светодиодного уличного фонаря в течение 12 часов в сутки, сохраняя эту высокую эффективность (70%) после 22 лет работы. Кроме того, срок службы светодиодного драйвера также вызывает беспокойство. Только если драйвер светодиода остается стабильным в течение этого времени, он может обеспечить стабильный и непрерывный входной ток/напряжение для светодиода. Итак, какие параметры можно использовать для определения срока службы драйвера светодиода? Ответ — среднее время наработки на отказ (MTBF). В этой статье объясняются критерии его расчета, факторы, влияющие на него, и почему этот параметр важен. Давайте углубимся в детали и изучим значения MBTF различных драйверов светодиодов.

Что такое среднее время наработки на отказ (MTBF)?

Срок службы светодиодного драйвера (Как выбрать светодиодный драйвер?) можно выразить с помощью MTBF. MTBF означает среднее время безотказной работы и является показателем надежности продукта, в частности электроприбора. Измеряется в часах. Он отражает качество работы продукта и его способность сохранять функциональность в течение определенного периода времени. Он может относиться к среднему времени работы между двумя последовательными отказами, также известному как среднее время до отказа. Это также может быть среднее время между началом работы и первым отказом нового продукта при определенных условиях эксплуатации. Как правило, продукт с меньшим количеством отказов более надежен. При одинаковом количестве продуктов в течение их жизненного цикла продукт с большим значением MTBF будет испытывать меньше отказов, чем продукт с меньшим значением MTBF. Для ремонтопригодных продуктов большее значение MTBF указывает на большее среднее время между отказами и более высокую надежность. Для неремонтопригодных изделий, хотя ремонт после отказа невозможен, этот показатель может быть использован для описания среднего срока службы изделия или среднего времени наработки на отказ. Среднее время наработки на отказ (MTBF) применимо только к периодам нормальной эксплуатации изделия при постоянной интенсивности отказов, как показано на рисунке ниже. Видно, что кривая интенсивности отказов включает параметр Вейбулла (β). При β < 1 распределение Вейбулла описывает преждевременный выход из строя компонентов. При β = 10 происходит быстрый износ. Теоретически кривая интенсивности отказов электронного оборудования представляет собой смесь кривых интенсивности отказов с различными параметрами Вейбулла, известную как кривая куба ванны.

Как рассчитывается среднее время наработки на отказ (MTBF)?

Исследования надежности и срока службы светодиодных драйверов имеют значительную практическую ценность. Существует два метода прогнозирования надежности и срока службы светодиодных драйверов: один — метод оценки надежности электронного оборудования, основанный на MIL-HDBK-217F, справочнике, опубликованном военными США, отсюда и префикс MIL-HDBK; другой — экспериментальный метод ускоренных испытаний на долговечность. Первый изначально использовался для испытаний надежности военного оборудования, но теперь также применяется многими поставщиками светодиодных драйверов (такими как Osram, Philips и Inventronics) для проверки надежности своей продукции. Второй метод имитирует стабильность и надежность компонентов светодиодного драйвера при различных температурах (рабочая температура светодиодного драйвера), влажности, напряжении и условиях непрерывного цикла переключения. Прикладывая высокие нагрузки (например, высокую температуру, высокую влажность, высокое напряжение и т. д.) для ускорения старения продукта, можно прогнозировать надежность за более короткий период времени, а среднее время безотказной работы (MTBF) — с помощью анализа Вейбулла. В данной статье основное внимание уделяется первому методу, поскольку автор заметил, что большинство известных производителей светодиодных драйверов используют именно этот подход, тогда как второй упоминается редко.

Компания Philips провела испытания MTBF своих светодиодных драйверов серии Xitanium в соответствии со стандартом MIL-HDBK-217F. Как указано, для типичного светодиодного драйвера Xitanium мощностью 150 Вт, работающего при температуре корпуса приблизительно 50 °C, теоретическая интенсивность отказов составляет 500 PPM/1000 часов, что означает, что светодиодный драйвер серии Xitanium имеет интенсивность отказов 500 PPM за 1000 часов использования. Это соответствует 500 отказам на миллион устройств в течение 1000 часов. Исходя из этого, мы рассчитываем MTBF = Общее время работы / Количество отказов = 1000 × 1 000 000 / 500, что составляет приблизительно 2 миллиона часов. Важно отметить, что этот параметр не означает, что один светодиодный драйвер выйдет из строя после 2 000 000 часов использования, а скорее представляет собой вероятность отказа определенного количества светодиодных драйверов за определенный период времени. Например, если в нашем проекте планируется использовать 2000 светодиодных драйверов серии Xitanium, при сроке службы проекта 10 лет и ежедневной работе в течение 12 часов, мы можем оценить количество неисправных устройств через 10 лет, которое составит 10 × 365 × 12 × 2000 / 2000000 = 43,8.

Почему нас волнует среднее время наработки на отказ светодиодного драйвера?

Повышение безопасности

Высокая наработка на отказ (MTBF) светодиодного драйвера означает, что он реже выходит из строя в течение всего срока службы, обеспечивая при этом необходимый ток/напряжение для светодиода. В отличие от постепенного снижения светового потока светодиода (что такое затухание света и постоянный световой поток?), отказы светодиодного драйвера часто имеют катастрофические последствия. Светильник может мерцать или полностью выключиться, что приводит к невозможности обеспечить надлежащее освещение улиц. В качестве примера рассмотрим блоки питания Inventronics EUM DG и EBS BT2. MTBF первого составляет 473 000 часов, а второго — 203 000 часов. Судя по представленным результатам, первый драйвер явно имеет значительное преимущество. Для проекта, включающего 1000 уличных светильников, после пяти лет эксплуатации расчетная частота отказов первого составляет 4,6%, а второго — 10,8%. С учетом дополнительных факторов, таких как скачки напряжения, последний потребует капитального ремонта через пять лет. Если не проводить своевременное техническое обслуживание, надёжность системы освещения снизится, и она не сможет обеспечивать постоянное и стабильное освещение. Это неизбежно повысит уровень безопасности дорожного движения и даже вероятность дорожно-транспортных происшествий.

Более высокий показатель MF с более высоким показателем MTBF

При расчете коэффициента обслуживания необходимо использовать параметр «коэффициент выживаемости лампы», сокращенно LSF. Он представляет собой вероятность того, что источник света и/или светильник продолжит работать в заданное время. Светодиодные источники света обычно имеют низкую интенсивность отказов и, как правило, не учитываются. Основная вероятность выхода светильника из строя связана с драйвером светодиода. Подробнее см. в разделе «Коэффициент обслуживания в освещении». Легко понять, что LSF = 1 – интенсивность отказов (за весь проект). Например, в проекте со сроком службы 5 лет с использованием источника питания серии Inventronics EUM, имеющего среднее время безотказной работы 750 000 часов, интенсивность отказов можно принять равной 0,667% за 5000 часов. Если взять пример, где система освещения работает по 12 часов в день, вероятность отказа за весь цикл проекта рассчитывается как 0,667% × 12 × 365 × 5 / 5000 = 2,92%, в результате чего LSF = 100% – 2,92% = 97,08%. И наоборот, чем меньше значение MTBF, тем меньше значение LSF. В статье о факторе обслуживания мы знаем, что чем выше значение LSF, тем выше значение MF. Таким образом, в течение цикла проекта влияние недостаточного освещения, вызванного неисправностями драйверов светодиодов, сводится к минимуму, и мы часто можем достичь требуемого светового эффекта с меньшим количеством светильников. Это очень полезно для сокращения первоначальных инвестиций в осветительные приборы. Аналогично, если для обслуживания осветительных приборов используется точечная замена, хотя значение LSF равно 1, нам все равно придется заменять больше светильников с низкими значениями MTBF, что также увеличит будущие расходы на обслуживание.

Улучшить пользовательский опыт и влияние бренда

Как мы уже упоминали, высокое значение MTBF указывает на низкий уровень отказов светодиодных драйверов. Пользователи, естественно, больше доверяют таким продуктам и ожидают от них надёжной работы в течение многих лет без частых сбоев. При меньшем количестве сбоев клиентам, как правило, не нужно заменять или обслуживать светодиодные драйверы. Представьте себе разницу в пользовательском опыте между необходимостью замены лампочек несколько раз в год и необходимостью замены осветительных приборов всего раз в несколько лет. Аналогичным образом, производители светодиодных драйверов и светодиодных светильников (ZGSM и её продукция) также стремятся повысить качество продукции, чтобы обеспечить высокий уровень MTBF. Это крайне полезно для повышения репутации продукта, тем самым привлекая всё большее количество клиентов к выбору таких продуктов. И наоборот, если ваш светодиодный драйвер показывает уровень отказов почти 20% или выше после нескольких лет использования, мы (потребители) полагаем, что пользователи потеряют доверие к вашему продукту.

Что влияет на среднее время наработки на отказ светодиодного драйвера?

Качество комплектующих

Одной из основных задач при производстве светодиодных драйверов является выбор компонентов. Производители светодиодных драйверов должны тщательно подбирать каждый компонент и проходить всестороннюю сертификацию конструкции, испытания и внутренние проверки долгосрочной надежности. Строгий процесс отбора поставщиков и долгосрочное партнерство с ними гарантируют использование в светодиодных драйверах только компонентов высочайшего качества. Например, электролитические конденсаторы являются слабым звеном в сроке службы светодиодных драйверов, поскольку их срок службы напрямую зависит от температуры. При высоких температурах различные материалы расширяются с разной скоростью, что приводит к возникновению внутренних напряжений растяжения или сжатия. Поэтому выбор конденсаторов с хорошими температурными характеристиками крайне важен для увеличения средней наработки на отказ (MTBF) светодиодных драйверов. Кроме того, с точки зрения проектирования, тщательный анализ нагрузки на компоненты и применение адекватных мер по снижению номинальных характеристик гарантируют исключительно высокую надежность светодиодного драйвера. Например, для светодиодного драйвера с максимальной выходной мощностью 100 Вт мы можем зарезервировать 10% (фактическая выходная мощность 90 Вт) для практического использования, чтобы достичь лидирующего в отрасли срока службы.

Температура окружающей среды

Светодиодные лампы имеют чёткую маркировку рабочей температуры. Это связано с тем, что слишком низкие температуры могут помешать их запуску, а слишком высокие – привести к выходу светодиодов из строя и сбоям в работе. Основной причиной этих неисправностей являются высокие температуры, которые могут вызывать проблемы в индукторах, оптопарах и печатных платах. К таким неисправностям относятся ускоренная деградация изоляционных материалов при высоких температурах, увеличивающая риск короткого замыкания; выход из строя оптопар при высоких температурах, приводящий к отказу цепи обратной связи; и изменение напряжений в паяных соединениях печатных плат под воздействием высоких температур, приводящее к некачественной пайке. Поэтому для светодиодных ламп, предназначенных для работы в условиях высоких температур, не менее важен выбор светодиодного драйвера, устойчивого к высоким температурам. Например, светодиодные драйверы постоянного тока Sosen SS-100VB и SS-100VP рекламируются как более подходящие для работы при высоких температурах. Приведённые ниже кривые срока службы показывают, что срок службы первого значительно сокращается, когда его Tc достигает около 60 °C. Последний, с другой стороны, подходит для условий с более высокими температурами, с максимальной рабочей температурой 90 °C. В светильнике для высоких пролетов HB13 от ZGSM (подробнее о серии ZGSM HB13) используются светодиодные драйверы этой серии, подходящие для высокотемпературных кузнечных цехов, стекольных заводов, металлургических комбинатов и других применений.

Конструкция продукта и механизмы защиты

Конструкция светодиодного светильника не менее важна для продления срока службы светодиодного драйвера. Светодиодный драйвер и светодиодный модуль часто интегрируются в один корпус, причем первый непрерывно обеспечивает второй напряжением и током на протяжении всего его жизненного цикла. Однако оба выделяют тепло, и накопление тепла может неизбежно привести к неисправности светильника. В идеале два компонента должны быть размещены независимо, чтобы минимизировать помехи (см. рисунок ниже). Кроме того, после проектирования светильника его необходимо испытать для имитации реальных условий эксплуатации. Например, тест ISTMT требует, чтобы светильник был испытан при температуре 25°C или 50°C как для температуры точки Tc светодиодного драйвера, так и для температуры точки Ts светодиодов. Точка Tc определяет среднее время наработки на отказ (MTBF) и ухудшения светового потока светодиодов. ZGSM обычно требует значения Tc на 5-10°C ниже указанного максимального значения Tc. Например, для серии EUM DG гарантированная температура Tc составляет 80 °C, в то время как для серии ZGSM требуется измеренное значение Tc менее 70 °C при 25 °C. Кроме того, если светодиодный драйвер имеет функцию снижения мощности при высоких температурах, это может использоваться для снижения выходной мощности при необходимости, тем самым продлевая срок его службы. Если драйвер оснащен более продвинутыми функциями (например, NTC), эти функции можно включить. Например, при ненормальной работе лампы функция NTC (NTC и ее применение в уличном освещении) может определять температуру корпуса или светодиодов. При превышении предельного значения выходной ток светодиодного драйвера будет снижен, чтобы снизить потери мощности и, в конечном итоге, гарантировать, что температура внутренних компонентов драйвера не превысит пороговое значение, тем самым повышая надежность и срок службы драйвера.

Светодиодные фонари ZGSM с длительным сроком службы

Разные светодиодные драйверы имеют разное среднее время наработки на отказ. Светодиодные продукты ZGSM могут быть оснащены светодиодными драйверами разных марок и серий, таких как Inventronics, Philips, Osram, Meanwell, Done и других. Среднее время безотказной работы (MTBF) светодиодных драйверов Inventronics разных серий значительно различается. Например, у серии EUM DG среднее время безотказной работы составляет примерно 300 000–600 000 часов, а у серии EUM MG (подходит для уличных фонарей с датчиком движения) — ещё больше — до 1 500 000 часов. Срок службы драйверов Philips высококачественная серии может достигать 2 000 000 часов, в то время как у XLG от Meanwell — всего 1 000 000 часов (согласно стандарту Telcordia SR-332 и даже меньше, если тестируется по стандарту MIL-HDBK). Если у вашего проекта особые требования к среднему времени безотказной работы (MTBF), обратитесь в ZGSM за дополнительной информацией. Ниже представлены различные серии светодиодной продукции ZGSM; нажмите на изображение для получения более подробной информации.

Краткое содержание

Драйверы светодиодов являются ключевыми компонентами светодиодных осветительных приборов, обеспечивая питание и управление светодиодами для достижения желаемого светового эффекта. Они также являются самым слабым звеном в системах светодиодного освещения, и их срок службы существенно влияет на срок службы всей системы освещения. В данной статье систематически рассматривается среднее время безотказной работы (MTBF) драйверов светодиодов и способы его расчета. Если вы хотите, чтобы ваш светильник работал без сбоев в течение длительного времени, выбор светильника с высоким MTBF будет хорошим выбором. Использование драйверов светодиодов с высоким MTBF в сфере дорожного освещения обеспечивает множество практических преимуществ, включая повышение общественной безопасности, снижение затрат на обслуживание и повышение конкурентоспособности бренда. Для производителей драйверов светодиодов выбор высококачественных компонентов имеет решающее значение для увеличения MTBF. Для производителей светодиодов не менее важно оптимизировать конструкцию светильника для обеспечения стабильной работы драйвера светодиодов в заданном диапазоне температур окружающей среды. MTBF — это не просто технический параметр; он отражает общую устойчивость производителя и имеет решающее значение для контроля затрат (стоимости уличного освещения) и управления безопасностью на протяжении всего жизненного цикла проекта. Для получения дополнительной информации свяжитесь с ZGSM.

Сопутствующие товары

Похожие блоги

Связанные случаи

Люди также спрашивают