Kuvassa 3 W LED (Edison KLC8)
Kuten kaikki tekniset laitteet, jotka sisältävät mm. elektronisia komponenteja, niin myös LED-valo voi rikkoutua. Yleisimmät syyt LED- valon rikkoutumiseen ovat:
- asennusvirhe, sähköinen
- asennusolosuhteet, staattinen sähkö (ESD)
- asennusvirhe, mekaaninen
- sähköverkon häiriöt
- väärä käyttöympäristö
Useat eri syyt voivat vaurioittaa LED-komponentteja siten, että ne kyllä näyttävät toimivan vaurioitumisen jälkeen normaalisti, mutta niiden elinikä on kuitenkin jo romahtanut ja on enää murto-osa siitä, mitä se oli ennen vaurion tapahtumista. Tästä syystä virhetilanteen tapahduttua LED- valoissa kannattaa vaihtaa kaikki LED-komponentit, jos on syytä epäillä jotain seuraavista vauriomekanismeista. Erityisesti tämä korostuu teholedien kohdalla.
LED-valon LED-komponetti on puolijohde. Se on aivan yhtä herkkä komponetti rikkoutumaan kuin muut puolijohteet, kuten mikropiirit, prosessorit, muisit ja transistorit. Asentaessa tämä tulee ottaa huomioon. Seuraavaksi tarkastelemme hieman pintapuolisesti eri tilanteita, joissa LED-komponetti on erittäin helppo vaurioittaa pysyvästi. Valojen asentaja tekee virheitä siinä missä kuka tahansa muu ihminen, mutta huolellisuudella ja tarkkuudella nämä kaikki syyt voidaan estää. Yleisimmät virheet ovat LED-valon kytkeminen väärin päin, LED-valojen kytkentä rinnan tai valon kytkeminen päälle kun LED-valojen ohjain on päällä. Lisäksi staattisen sähkön purkauksiin kannattaa kiinnittä erityinen huomio, koska LED-komponetti on herkkä niille.
Kuvassa nuppineula ja LED chippi metallisen tornin päässä. Tästä pienestä
nuppineulan pään kokoisesta chipistä lähtee se kaikki valo, mitä LED-komponetti tuottaa. Chippi käy kuumana, kun näin pienessä pinta-alassa on esim. 3W teho.
Asennusvirhe, sähköinen, syöksyvirta. Ohjaimen takana olevat LED- valot sammuvat.
Tämä on valitettavasti vieläkin erittäin yleinen syy, miksi LED-valo ei kestä luvattua elinikää tai rikkoutuu jopa heti. LED-valojen kytkeminen ohjaimeen siten, että siinä on lähtöjännitte päällä, rikkoo lähes poikkeuksetta LED-komponentin tai komponentit heti. 230 Vac jännitteellä toimivien LED-valojen ohjaimien lähdöissä on kondensaattori, jotta ohjain täyttäisi EMC määräykset (sähkömagneettinen yhteensopivuus ja johtuvat häiriöt). Tämä kondensaattori toimii energiavarastona. Kun LED- komponetti kytketään ohjaimeen, eli käytännössä suoraan tähän kondensaattoriin, purkautuu kondensaattori LED -komponentitn läpi ja purkausvirta on erittäin suuri. LED-komponentti vaurioituu tästä suuresta ”rajoittamattomasta” syöksyvirrasta. Yleensä sarjaankytkeytyvistä LED- komponenteista tuohoutuu osa, mutta varmasti kaikki LED-komponentit vaurioituvat jonkin verran, joten niiden elinikä romahtaa. Tällöin on järkevintä vaihtaa kaikki komponentit uusiin, jotta valoilla saavutetaan pitkä elinikä. Vaurioitunut komponentti voi toimia viikon, kuukauden tai vuoden. Odotettavissa olevaa elinikää on mahdotonta ennustaa, joten on parempi vaihtaa kyseisen ohjaimen takana olevat kaikki LED-komponentit. Yleensä kyseisen sarjaankytkennän kaikki LED-valot sammuvat, koska vähintään yhdestä LED-komponentista palaa ns. bondauslanka poikki (toimii kuten sulake), ja virtapiiri katkeaa. Tyypillisesti osa LED- komponeteista mustuuu tämän asennusvirheen seurauksena.
Kuvassa näkuvät LED chippiin johtavat ns. bondauslangat. Vertaa bondauslangan paksuutta Led Chipin kokoon, varsinkin aiemmassa kuvassa, jossa on samassa kuvassa nuppineulan pää ja LED chippi. Bondauslangat ovat hyvin ohuet, eivätkä ne kestä suuria energiamääriä.
Asennusvirhe, sähköinen, rinnankytkentä. Osa LED-komponenteista sammuu.
Tämä on myös kohtalaisen yleinen syy. Perinteisesti halogeenivalot on asennettu rinnan, ja on mahdollista, että ajatuksissaan asentaja kytkee myös LED-valot rinnan. Tällöin osa LED:eistä vaurioituu, osa voi jopa tuhoutua heti. Varmasti kuitenkin kaikki LED-komponentit vaurioituvat jonkin verran, joten niiden elinikä romahtaa. Tällöin on järkevintä vaihtaa kaikki komponentit uusiin, jotta valoilla saavutetaan pitkä elinikä. Vaurioitunut komponentti voi toimia viikon, kuukauden tai vuoden, odotettavissa olevaa elinikää on mahdoton ennustaa. Kun rinnankytkentä korjataan sarjakytkennäksi, voi olla, että jopa kaikki LED:it toimivat hetken normaalisti, usein ei näin ole. Osa LED-komponetista voi toimia muita himmeämmin. Tämä johtuu siitä, että LED-komponentin ytimessä olevista chipeistä osa on saattanut vaurioitua ja osa toimii edelleen.
Selvästi vaurioitunut LED Chippi. Tässä on asentajalla käynyt pieni lipsahdus.
Asennusvirhe, sähköinen, LED valo kytektään väärin päin. Huh helpotus, valot toimivat, kun korjasin napaisuuden oikeaksi.
Tämä on ikävä tapahtuma, koska se saattaa vaikuttaa LED-valojen elinikään. LED-valot kestävät jonkin verran kytkemistä väärin päin. LED- komponeteille on määritelty ns. reverse voltage. Mikäli tämä jännite ylitetään yksittäisen LED-kompoentin osalta, LED-komponetti yleensä vaurioituu tai jopa tuhoutuu. Reverse Voltagen ylitys on mahdollista joissakin tapauksissa. Esimerkiksi Edison KLC8 LED komponentin osalta Reverce Voltage on vain 5 V, kun vastaavasti Forward Voltage on noin 3,5 V. Ero on pieni, ja esim. kytkemällä yksi LED-valo sarjaankytkennässä väärin päin, on mahdollista, että tämän LED-valon komponentit vaurioituvat tai jopa tuhoutuvat.
Asennusvirhe, sähköinen / mekaaninen, staattinen sähkö vaurioittaa komponentit.
Tämä on erittäin hankala tilanne, ja sen yleisyyttä ei yleensä tunnisteta. Staattinen sähkö ja puolijohde (=LED komponetti) eivät sovi yhteen! Stattinen sähkö vaurioittaa helposti asennuksen yhteydessä LED- komponetteja aivan kuten se vaurioittaa mikropiireja ja muita puolijohteita, esimerkiksi kännykkätehtaassa. Elektroniikkateollisuudessa staattista vastaan taistellaan mm. käyttämällä sähköä johtavia työkaluja, sähköä johtavia materiaaleja (vaateet, kengät, lattia, työpöydät), sekä asennushenkilöstön maadoituksilla. Koska käytännössä rakennustyömaalla ei voida näin toimia, täytyy tähän asiaan kiinnittää suurta huomiota. LED- valosta lähtevien johtojen toisessa päässä on LED-komponentit (puolijohde). Tämä tulee ottaa huomioon asennuksia tehtäessä. Pidä esim. LED-valon johdot oikosulussa (ja mahdollisesti maadoitettuna) ennen viimeistä liitosta ja varo staatisen sähkön purkautimisen vaara tehdessäsi liitoksia. Stattinen sähkö purkautuu alemman potentiaalin sähköä vähänkin johtaviin materiaaleihin, kuten alumiiniin ja kuparijohtoihin. Muista myös oman vaatetuksen merkitys, tekokuidut keräävät staattista sähköä enemmän kuin luonnon materiaalit. Kuiva ilma (talvi) lisää staattisen sähköpurkauksen vaaraa.
Tämä on siitä hankala ongelma, että se vaurioittaa LED-komponetteja niin, että ne joko hajoavat täysin (harvinaisempi ilmiö) tai niiden elinikä romahtaa.
Lisätietoa netistä esim. hakusanoilla ”ESD suojaus” tai Wikipediasta: http://fi.wikipedia.org/wiki/Kipin%C3%A4purkaus
Asennusvirhe, mekaaninen
Suuri lämmönlähde asennuspaikan vieressä (esim. lämpöputki, lämmitin tms). Ohjaimissa, joissa on virran säätö, on myös kiusaus kokeilla kääntää trimmeriä ruuvimeisselillä. Tämä on ehdottomasti kielletty ilman virtamittausta, koska LED-komponentin yliohjaaminen vaurioittaa sen hyvin nopeasti.
Sähköverkon häiriöt
Sähköverkossa on jatkuvasti häiriöitä. Joskus niitä on vain liikaa. LED- valojen osalta ylijännitepiikit (transientit) ovat ongelmallisimpia. Ylijännitepiikkejä tulee mm. ukkosesta, puiden kaatumisesta linjalle, sähkömoottoriesta, jääkaapeista, pakastimista, kontaktoreista, sähkömagneeteista, hisseistä jne. LED-valojen ohjaimet täyttävät Euroopan Unioinin EMC vaatimukset (Electromagnetic Compability). Vaatimukset on asetettu tietylle tasolle, jossa on puntaroitu kustannuksia ja todennäköisyyksiä. Vaatimusten mukaisesti LED-ohajimet kestävät osan häiriöistä, mutta kaikkiin mahdollisiin sähköverkon häiriöihin ei niissäkään ole varauduttu suunnittelun lähtökohtana. Tämä on yleinen tilanne kotielektroniikassa, koska muuten tuotteiden hinta nousisi pilviin. Ainoastaan sotaelektroniikassa ja joissakin ammattielektroniikan tuotteissa (mm. puhelinkeskukset ja matkapuhelimien tukiasemat) on varauduttu astetta suurempiin häiriöin. Näin ollen, jos on olemassa vaara, että sähköverkossa on normaalia enemmän häiriöitä, tulee niitä vastaan suojautua hankkimalla esim. ukkosuojan tai muun sähköverkon transientteja poistavan suotimen. Sähköverkon häiriöt saattavat siis päästä ohjaimen läpi ja siten rikkoa LED-komponentit, vaikka itse ohjain toimisi normaalisti ennen ja jälkeen vauriotapahtuman. Vaurioitumismekansimi on yleensä LED-komponentin läpi kulkeva syöksyvirta.
Lisää tietoa saa netistä esim. hakusanoilla: ”sähköverkon häiriöt transientti”
Väärä käyttöympäristö
Käytä LED-valoja vain ympäristössä, joihin ne on tarkoitettu. Huomioi mm. lämpötila, kosteus, suolaisuus, UV säteily ja tärinä. Väärä asennuspaikka, joka liittyy yleensä lämpötilaan, on esimerkiksi saunan katto, jossa LED- valot eivät ole pitkäikäisiä.
LED valoille luvattu pitkä elinikä, jopa 75000 tuntia?
LED-valoille annetaan teknisissä tiedoissa ns. elinaikaodote. Esimerkiksi omassa tuotteessamme, Valokas 9 W LED valon osalta elinaikaodoitteeksi on annettu 75 000 tuntia, kun käyttölämpötila (ympäristön) on -30…25 astetta. Käytänössä tämä tarkoittaa, että tämän käyttötuntimäärän jälkeen alkuperäsisestä valomäärästä on jäljellä vielä 70%. Mistä tämä luku sitten tulee? Tässä luotamme komponentin valmistajan ilmoitukseen, joka perustuu standardoituihin luotettavuustesteihin (stressitesti). Testeissä komponetteja vanhennetaan tietyn kansainvälisen standardin mukaan ja sen valoteknisiä ominaisuuksia tarkkailaan ja mitataan jatkuvasti. Valoteknisiä ominaisuuksia ovat mm. valomäärä ja mm. valon värilämpötila.
Edison KLC8 LED komponentin elinaikaodote Edixeon® Reliability Document:in mukaan.
Edison KLC8 ja ARC LED komponentin elinaikaodote Edixeon® Reliability Document:in mukaan.
Edison KL8 LED komponentin värilämpötilan siirtymä ajan funktiona
Edixeon® Reliability Document:in mukaan.
Lämmin valkoinen (warm white)
Puhdas valkoinen (neutral white)
Elinaikaodote siis perustuu komponentin valmistajan tekemien luotettavuustestien perusteella antamaan tuntimäärään. Tämä ei ole kuitenkaan takuu, sillä LED-komponetti voi vaurioitua helposti paljon aiemminkin. Kuten kaikki tekniset laitteet jotka sisältävät mm. elektronisia komponenteja, niin myös LED-valo voi rikkoutua. Yleisimmät syyt LED- valon rikkoutumiseen ovatkin:
- asennusvirhe, sähköinen
- asennusvirhe, mekaaninen
- sähköverkon häiriöt
- väärä käyttöympäristö
- (suunitteluvirhe)
Viimeinen kohta tarkoittaa lähinnä sitä, ettei lämmön hallintaa komponentin osalta ole tehty oikein, koska ei ole ymmärretty lämpösuunnittelun tärkeyttä. Esim. pii-tahna on halpa ja yleisesti käytetty lämpöä johtava materiaali, mutta se ei lainkaan sovellu LED-valoihin. Tämä kohta on suluissa, koska olemme ottaneet tuotteiitteitemme suunnitellussa huomioon myös lämmön hallinnan. Ydinkysymys on, kuinka johtaa lämpö pois LED-komponentin ytimestä, ei se, kuinka suuret jäähdytyslevyt mekaniikassa on.
LED-ohjain rikkoutuu
Led-ohjain on tekninen laite, ja myös se voi rikkoutua. Ohjaimen rikkoutumisen syitä voi olla useita, esim. sähköverkon kautta tulevat transientit, väärä asennuspaikka (liian lämmin, ilma ei kierrä) tai joku kymmenistä elektroniikan komponenteista vaurioituu, jolloin koko ohjain rikkoutuu. Rikkoutuva LED-ohjain voi rikkoa myös sen ohjaamat LED-valot, koska ohjain voi ohjata LED-komponetteja väärin rikkoutuessaan. Parhaimillaan ohjaimesta on vain rikkoutunut sulake. Tämä sulake ei ole käyttäjän toimesta vaihdettavissa, vaan se on piirilevylle juotettu suojakomponetti, jolla pienennetään mm. tulipaloriskiä.
Voiko LED valoja korjata?
LED-valoja voidaan korjata, eli LED-komponentit voidaan yleensä vaihtaa valon sisään. Huoltomme pystyy korjaamaan mm. Valokas LED-valoja. Ota yhteys huoltoomme, jos sinulla on tarve korjauttaa toimittamiamme LED- valoja.
LED valojen korjaus
LED-valojen korjaus ei ole vain prosessi, jossa LED-komponentit vaihdetaan, vaikka laskutammekin ainoastaan siitä. Komponentin ja lämmönjohtotarran vaihdon lisäksi valot testataan huolellisesti. Testauksessa valoja ”vanhennetaan”. Tässä vanhennusprosessissa valot ovat välillä päällä (lämpeävät) ja välillä poissa päältä (jäähtyvät). Poikkeuksena standardin mukaisesta vanhennuksesta, valot eivät ole lämpö-/sääkaapissa, vaan vanhennus tehdään huoneen lämmössä, koska tarkoitus on ainoastaan testata valojen toiminta, eikä varsinaisesti vanhentaa niiden elinikää. Eräässä vaiheessa valoista mitataan mm. valojen lämpötilat, jotka kertovat mm. LED-komponettien ja lämmönjohdon toiminnasta kokeneelle testaajalle hyvin paljon. Myös valomäärää voidaan seurata. Tämä testausjakso kestää yleensä vähintään viikon, mutta parhaaseen lopputulokseen päästään, jos testausta jatketaan pidempään. LED-valoja voidaan ohjata joko testerillä tai asiakkaan toimittamalla ohjaimella. Mikäli asiakas on toimittanut myös ohjaimen, mitataan ohjaimen lähdöstä joitakin parametreja, jotta senkin toiminta tulee testattua.
Pikatestauksella testataan vain, että valot toimivat testerissä sillä hetkellä. Tämä testi kestää vain muutaman sekunnin ja on sovelias vain uusille tuotteille tai LED-valoille, joissa kaikki LED-komponentit on vaihdettu.