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Manutenção da Intensidade Luminosa / Degradação no LED de Potência

Escrito por Aldoberto. Publicado em Artigos e Notícias

Quando uma corrente elétrica é aplicada a um LED, além de emitir luz, ele também gera calor, ou seja, embora o LED seja muito mais eficiente que uma lâmpada de filamento na conversão da energia elétrica aplicada em luz, nem toda energia é transformada em luminosidade, sendo uma parte convertida em calor.

A confiabilidade e a durabilidade do LED dependem diretamente da sua temperatura de operação, ou seja, da temperatura da junção do semicondutor (Tj) quando o componente está energizado.


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Uma convenção adotada na indústria é indicar o tempo de vida útil do LED como sendo o número de horas de funcionamento necessárias para que a intensidade inicial de luz emitida seja reduzida a um nível perceptível ao olho humano, que comece a afetar a iluminação do ambiente, inicialmente dentro dos níveis exigidos ao seu propósito. Na prática, esse "nível de corte" é de 70%, ou seja, quando a intensidade de luz entregue pelo LED cai de 100% para 70%, essa degradação de luz será notável ao olho humano.

Diferente de uma lâmpada de filamento, o LED não "queima" de uma vez, deixando de emitir luz repentinamente, mas vai perdendo sua capacidade inicial. Assim, de acordo com a aplicação, uma redução a 70% da intensidade inicial pode indicar necessidade de reposição em aplicações mais críticas ou exigentes, enquanto que em outras pode ser aceitável uma redução de até 50%.

O nível de 70% é indicado na literatura técnica como L70 e para 50% usa-se L50, onde a letra L lembra a palavra Lúmens (medida de fluxo luminoso da fonte). Então:

L70 = tempo no qual a intensidade é 70% da máxima

L50 = tempo no qual a intensidade é 50% da máxima

Os gráficos abaixo mostram a degradação de um LED de 1W da Edison - séries A/R/C. A nomenclatura B50 representa que os dados se repetiram em mais de 50% do total de LEDs ensaiados.

Lifetime 

Lifetime2

Note que um mesmo LED de 1W pode ter um tempo de vida útil (L70) de 60.000 horas (com Tj = 70°C) ou menos de 30.000 horas (com Tj de 90°C).

Por isso, o uso de um sistema de dissipação de calor bem dimensionado, levando em consideração a temperatura do ambiente onde o LED será instalado, faz muita diferença.

A temperatura da junção é sempre mais alta que a temperatura do terminal do LED, uma vez que a condução do calor não acontece de forma ideal entre esses dois níveis, devido às propriedades dos materiais que formam o componente, espessuras e áreas envolvidas, etc.

Nesse LED que tomamos como exemplo, a temperatura da junção estará por volta de 12 a 15°C acima da temperatura do terminal do LED, pois a resistência térmica entre esses dois pontos é algo em torno de 11 °C/W.

Com corrente de 350 mA, a tensão do LED será de aproximadamente 3,3V, o que resulta em uma potência de 1,155W.

Assim, se o LED montado no dissipador tem uma temperatura no terminal de 70°C, a temperatura da junção será de: Tj = 70 + 1,155 x 11 = 82,71°C.

Podemos dizer então que, se queremos um tempo de vida útil de 40.000 horas para esse LED de 1W, precisamos garantir que a temperatura no terminal do LED nunca ultrapasse 70 °C.

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