Исследование

Разработка интеллектуальной технологии формирования LED-матриц для светодиодных ламп и светильников на основе комплексной диагностики характеристик и значений параметров светодиодов


Тип исследования
Фундаментальное
Грантодающая организация
РФФИ, Правительство РМ
Номер проекта (по данным грантодающей организации)
18-48-130005
Срок реализации
2018 - 2020
Финансирование по годам
2018 700 000,00 ₽
Всего 700 000,00 ₽

Исполнители:


Светодиодный источник света является достаточно сложной электрической системой, состоящей из LED-матрицы и питающего её драйвера. На данном этапе развития светодиодной техники надёжность лампы или светильника во многом зависит от надёжности LED-матрицы, в которой светодиоды соединены в групповые последовательные и параллельные цепи.
В связи с нестабильностью технологического процесса производства значения электрических и тепловых параметров светодиодов могут различаться в пределах 10%. Поскольку в LED-матрицах ламп и светильников светодиоды включены в групповые цепи, то вариация значений их параметров приводит к неравномерному распределению токов, протекающих через отдельные приборы, и напряжений на них. Различается мощность и энергия, выделяющаяся в виде тепла в кристалле светодиодов, что приводит к вариации значений температуры различных приборов. Таким образом, светодиоды работают в режимах, отличных от номинального, что существенно ограничивает срок их службы.
Целью научного исследования является повышение надёжности LED-матриц для светодиодных ламп и светильников за счёт осуществления комплексной диагностики характеристик и значений параметров светодиодов, цифровой обработки полученных результатов и формирования на их основе модулей с оптимальным сочетанием характеристик и параметров. Подобный подход позволит существенно повысить надёжность светодиодных ламп и светильников и создать отечественную продукцию, способную конкурировать с ведущими мировыми производителями в данной области.



Капитонов С.С.

Отчёт за 2 квартал 2019 г.

В ходе работ по проекту во втором квартале 2019 года получены следующие результаты.

1. Разработан испытательный комплекс для измерения вольтамперной характеристики светодиодов и значений их электрических параметров, таких как прямое падение напряжения, дифференциальное сопротивление и температурный коэффициент напряжения.

 2. Проведено исследование процессов, протекающих в LED-матрицах испытательных образцов светильников (определены величины тока, протекающего через светодиоды, напряжения, мощности, выделяющейся на них). С помощью разработанного комплекса измерены значения электрических параметров каждого светодиода LED-матрицы. Установлена вариация значений параметров светодиодов пределах 10 %, что соответствует предъявляемым к подобным устройствам требованиям, однако, может негативно сказаться на работе светодиодов в матрице.

3. Сопоставлены результаты моделирования  процессов, протекающих в реальных и виртуально сформированных LED-матрицах светильников. Определены параметры-критерии, вариацию которых следует учитывать при формировании LED-матриц. Установлено, что главными параметрами-критериями являются параметры вольт-амперной характеристики светодиодов: прямое падение напряжения и дифференциальное сопротивление, а также тепловое сопротивление кристалл-корпус в установившемся состоянии.

4. Разработана на основе полученных результатов исследования интеллектуальная технология формирования LED-матриц для светодиодных ламп и светильников на основе комплексной диагностики характеристик и значений параметров светодиодов.

Разработанная технология предполагает выполнение следующих обобщённых этапов:

1) определение световых параметров светодиодов с помощью специальных технических средств: световой поток, цветовая температура, яркость;

2) определение электрических параметров светодиодов с помощью специальных технических средств: прямое падение напряжения, ТКН, дифференциальное сопротивление;

3) определение теплового сопротивления светодиодов с помощью специальных технических средств; 

4) биновка светодиодов на основе комплекса значений световых, электрических и тепловых параметров с помощью программы, разработанной в среде LabVIEW;

5) формирование ламп и светильников из светодиодов, прошедших биновку, на основе принципа выравнивания величин температур ПС отдельных светодиодов. Проверка выполнения критерия биновки осуществляется также с помощью разработанного в среде LabVIEW программного обеспечения.


Капитонов С.С.

Отчёт за первый квартал 2019 г.

За первый квартал 2019 г. получены следующие результаты.

1. В среде Multisim разработаны  модели LED-матрицы светодиодного светильника, позволяющей задавать значения электрических и тепловых параметров (прямое падение напряжения, дифференциальное сопротивление и температурный коэффициент напряжения, тепловое сопротивление переход-корпус) отдельных светодиодов, для исследования тепловых процессов.

2. С помощью разработанных моделей проведено исследование  тепловых процессов, протекающих в LED-матрицах испытуемых светильников. Определены величины температуры кристалла каждого светодиода матрицы. Вариация значений электрических параметров светодиодов принята равной 5-10% в соответствии с паспортными данными конкретного светодиода.

3. С помощью разработанных моделей проведено исследование тепловых процессов, протекающих в LED-матрицах светильников с незначительной вариацией значений электрических параметров, находящейся в пределах 1%. Определены величины температуры кристалла каждого светодиода матрицы.

Установлено, что в результате снижения вариации значений электрических параметров светодиодов матрицы светильника, разброс величин температуры кристаллов уменьшается в несколько раз и составляет от 2 до 5 %.