Perché ormai il mio LED non si è spento?

Ho un ReplayTV DVR di 15 anni. L'ho usato, non sono sicuro di quando, ma probabilmente circa un decennio fa. È acceso quasi sempre e ha un LED di alimentazione blu sul davanti.

La FAQ sui LED afferma che molti LED hanno una durata nominale di 50.000 ore, il che implica che dovrebbe durare solo circa 5,5 anni se usato 24x7. Green Efficient Homes afferma che "un singolo LED può durare fino a 100.000 ore", in modo da aumentarlo fino a 11 anni.

Questi siti sembrano riguardare lampadine a LED, non i singoli LED utilizzati come indicatori su dispositivi elettronici.

Perché questo piccoletto è stato in grado di continuare a brillare continuamente per così tanto tempo?

Progettati, costruiti e utilizzati correttamente, i LED di oggi hanno una durata incredibilmente lunga e i meccanismi di usura non sono di natura catastrofica, quindi invece di utilizzare le statistiche MTTF della lampada a incandescenza, una percentuale di luminosità (70%) viene spesso utilizzata per definire la durata della vita, questo non lo fa significa che il LED si brucia, significa che la luce spenta è solo il 70% di quello che era quando era nuovo di zecca. Poiché il cambiamento è lento, normalmente non lo noti.

Per le applicazioni a luce bianca questo ha senso perché dopo un certo periodo di tempo la luce funziona ma potrebbe essere troppo debole per essere utile nell'applicazione come una torcia o una lampada da lettura.

Le lampade a incandescenza FWIW sono inclini a qualcosa di simile in quanto il filamento evapora lentamente lasciando un rivestimento scuro sul guscio di vetro, attenuando la luce. Sono in grado di compensare un po 'perché il filamento si illumina un po' più luminoso a causa della maggiore resistenza (fino a quando non si rompe).

La migliore ipotesi che ho per un indicatore La durata del LED è di oltre 5.000.000 di ore.

Non credo che nessuno sarebbe sorpreso se un microcontrollore durasse 10-15 anni. Più probabilmente uno si aspetterebbe uno per durare così a lungo. Pensa a quante giunzioni pn potrebbero fallire in un microcontrollore. Un LED ha solo una giunzione pn. Un LED indicatore durerà più a lungo di quanto chiunque possa vivere per scoprirlo.

I LED indicatori probabilmente non si guasterebbero mai durante la vita. Il tempo medio di vita umana è ora di circa 78 anni o 683.280 ore. I LED indicatori possono durare più a lungo di così.

L'alimentazione (il collegamento più debole nella maggior parte dei prodotti) che alimenta il LED nel DVR è durata 15 anni (23.400 ore).

L'affidabilità si basa non solo sul LED ma sul sistema in cui viene utilizzato il LED.

I LED raramente muoiono. Le lampadine a LED muoiono a causa del guasto del driver.
La valutazione su una durata di vita del LED si basa sulla manutenzione del lume.

Una specifica comune per i LED di illuminazione ad alta potenza è per il 70% di mantenimento del lumen (ovvero, emissione al 70% della sua intensità di picco) dopo 50.000 ore di funzionamento.

Lo standard industriale più rilevante è IES LM-80 (LM-80), che secondo il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti è un "metodo approvato per misurare l'ammortamento del lume di sorgenti luminose a stato solido (LED), array e moduli" ( DOE USA).

Questo white paper Lumiled tratta l'argomento in dettaglio:
Valutazione del comportamento a vita dei sistemi a LED

Ho preso il grafico di stima di 149.000 ore di Lumileds (Fig. 5) e l'ho estrapolato a 1.000.000 di ore. Tenendo presente questo è un LED ad alta potenza testato ad alta temperatura. I LED indicatori durano molto più a lungo.

La regola empirica è che la vita di un semiconduttore è ridotta del 50% per ogni aumento di 10 ° C della temperatura. Nel test LM-80 viene utilizzata una temperatura di giunzione di oltre 130 ° C (viene specificato un ambiente di 120 ° C). E il LED indicatore funziona a temperatura ambiente. Quindi per ben oltre 5 volte di più per un indicatore. È qui che ottengo la mia migliore ipotesi che ho 5.000.000 di ore.

Questo è per l'illuminazione a LED. I LED di segnalazione sono da sempre noti per la massima affidabilità. AT&T è stato uno dei primi a vederlo.

AT&T ha scoperto che i LED dei loro indicatori telefonici durerebbero fino a 50 anni. Sono 438.000 ore. 50.000 ore si applicano ad alta potenza (alta temperatura) che scende al 70%. Durano molto più a lungo di 50.000 prima del fallimento. Lumileds ha testato da L70 a 148.000 ore con un test di 50.000. Se fossero andati al punto in cui non poteva più essere visto, probabilmente sarebbero tra le 500.000 e le 1.000.000 di ore. Vedi la figura 5 nel loro white paper. E quello era un Luxeon Rebel ad alta temperatura testato a 85 ° C, 0,35 A (giunzione ≅98 ° C).

Negli anni '60 un LED GaP da 110 V antiquato durerebbe oltre 438.000 ore. (50 anni)

Alla fine degli anni '60, AT&T Bell Laboratories si rese immediatamente conto che esistevano molte possibili applicazioni per i LED. Spie stavano diventando utili nel settore della telefonia. Tutte queste luci utilizzate in quel momento negli Stati Uniti funzionavano con 110 V. Un esempio è il telefono "Princess", che doveva essere utilizzato nelle camere da letto: il quadrante si illuminava quando il telefono veniva sollevato dalla sua base. La "Principessa" era un telefono di prestigio e l'ultima moda degli anni '60, ma doveva essere installata vicino a una presa da 110 V. In caso di esaurimento della lampadina, era necessaria una chiamata di servizio alla compagnia telefonica locale. Se i LED dovessero sostituire le lampadine da 110 V, la linea telefonica potrebbe alimentare i LED e non sarebbe più necessaria una presa da 110 V. Inoltre, i LED GaP avevano una durata prevista superiore a 50 anni se utilizzati nei telefoni,

Il materiale LED fa la differenza.
Dal libro Diodi luminescenti di E. Fred Schubert

L'affidabilità dei dispositivi AlGaAs è nota per essere inferiore a quella dei dispositivi AlGaInP che non contengono AlGaAs. Gli strati di AlGaA ad alto contenuto di Al sono soggetti a ossidazione e corrosione, riducendo così la durata del dispositivo.

Se un GaP da 110 V è durato 50 anni, un LED da 2 V dovrebbe durare molto più a lungo. Poiché le caratteristiche IV del LED sono migliorate, anche la durata della vita è migliorata.

Valori bassi di [V _f ] sono costantemente correlati con un'elevata affidabilità del dispositivo

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Questo è l'essenza del problema.

Il primo componente che si guasta in una lampadina a LED è di solito l'alimentatore, non i LED stessi. L'interruzione dell'alimentazione può indurre un guasto nel LED - fornendo troppa potenza o generando calore eccessivo - ma i LED stessi raramente sono in difetto. Poiché i LED indicatori non contengono il proprio alimentatore, non sono interessati da questi problemi. (Un guasto dell'alimentatore in un dispositivo che contiene LED è di solito attribuito al guasto del dispositivo stesso, non ai suoi LED!)

Inoltre, le lampadine a LED sono un'applicazione molto più impegnativa rispetto ai LED indicatori. I LED in una lampadina sono spesso accesi vicino alla loro massima potenza di progetto, ad alte temperature. Ciò li induce a invecchiare più rapidamente di un LED indicatore, che di solito funziona solo alla potenza richiesta per renderlo visibilmente illuminato.

I LED indicatori hanno in genere una durata utile misurata in decenni. La luminosità del LED può diminuire leggermente con l'invecchiamento, ma è raro che uno si "esaurisca".

Probabilmente il LED indicatore non funziona alla potenza nominale.

La durata di un LED è in genere specificata alla potenza nominale. Dato che i LED blu sono spie piuttosto fastidiose, spesso si riducono a una luminosità meno fastidiosa (ad esempio, la corrente nominale specificata è 20 mA, la corrente operativa effettiva in un dispositivo specifico è solo 3 mA). Ciò aumenta significativamente la durata utile del LED.

Questo è in aggiunta alle altre risposte. Ormai il LED sarà più scuro rispetto a quando era nuovo, ma è comunque utile come indicatore luminoso.

La valutazione è solo un MTBF (tempo medio tra un errore)

LED MTBF

Per qualsiasi componente o sistema, MTBF è il tempo medio tra i guasti. MTBF è il tempo trascorso previsto tra guasti intrinseci di un componente o di un sistema durante il funzionamento.

L'MTBF è una figura utilizzata nei calcoli per l'affidabilità degli elementi dell'attrezzatura. Per poter calcolare l'MTBF dell'apparecchiatura, è necessario conoscere l'MTBF dei singoli componenti, ad esempio il LED MTBF in questo caso.

Il tasso di errore per un componente e MTBF sono collegati. MTBF può essere calcolato come l'inverso del tasso di fallimento se si presume che vi sia un tasso di fallimento costante, che non è irragionevole come presupposto del primo ordine.

MTBF = Ore di funzionamento / Numero di guasti

Le cifre MTBF sono spesso citate nelle schede tecniche dei produttori. Tuttavia, l'MTBF può essere notevolmente ridotto azionando componenti vicini ai limiti nominali. Anche ambienti ostili come le alte temperature e le vibrazioni riducono l'MTBF.

Tuttavia, quando funzionano entro i loro limiti, le lampade a LED hanno una lunga durata e non si guastano molto spesso.

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

Senza una popolazione campione e il test di quel LED specifico sarà impossibile dire quale sia la durata di quel LED. il produttore può garantire solo ciò che sa di quel LED (probabilmente attraverso l'esecuzione di mesi di test, misurazione del degrado) e quindi estrapolazione nel corso della vita. Garantiscono quindi una cifra MTBF e se ottieni in media un lotto dei loro LED, durano più di x ore. Ma potrebbero durare di più, la cifra MTBF è solo un limite inferiore.

Le stime sull'aspettativa di vita dei componenti elettronici sono un affare complicato. Come si può immaginare, il produttore non può aspettare 50.000 ore (o qualcosa come 2.290.000.000 ore per un ricevitore RS232, vedere pagina 7 di questo saggio ) per raccogliere statistiche sui guasti dei dispositivi, il mercato non lo consente. Tutte le stime vengono eseguite utilizzando "modelli accelerati" .

L'idea è quella di impostare una serie di dispositivi in ​​condizioni estreme (tensione, corrente, temperatura, fattori ambientali) fino a quando alcuni dispositivi falliscono in un tempo di test ragionevole (giorni o ore), assumendo che non si verifichino cambiamenti nei meccanismi di guasto. Quindi, utilizzando alcuni modelli teorici di meccanismi di guasto e altre ASSUNZIONI, il tasso di guasto viene estrapolato alle normali condizioni operative. Di solito i modelli teorici sono di tipo esponenziale, quindi piccoli errori durante i test accelerati possono comportare enormi differenze nelle stime delle code di queste funzioni esponenziali. Quindi i modelli sono di solito da un lato conservatore, per evitare le responsabilità da catastrofici guasti prematuri.

Ad esempio, se il modello accelerato per un LED includeva l'umidità dell'aria e il fattore di ruggine / ossidazione, ma il LED era sempre in condizioni ambientali e di aria secca, può durare molto più a lungo dell'MTBF specificato dal produttore.

Quelle volte sono classificate come vite di vita e possono essere molto conservative. Quindi potrebbe essere che la maggior parte o (nel caso in cui tu sia fortunato) alcuni di loro riescono a gestire un fattore molte volte di più, quindi 15 anni non sembrano irragionevoli.

Se la durata di vita nominale è garantita o addirittura invocata, il produttore potrebbe essere conservatore e / o limitarsi a ciò che sa essere vero, piuttosto che a ciò che si aspetta sia vero. Potrebbe dover difendersi in una causa!

I LED blu non sono diventati ampiamente disponibili come LED indicatori economici fino alla fine degli anni '90. Nel 2010 un produttore potrebbe non avere avuto più di un decennio di esperienza sui dispositivi e sarebbe quindi rischioso dichiarare un'aspettativa di vita di oltre dieci anni perché la teoria e la sperimentazione di laboratorio "invecchiamento accelerato" non possono sostituire due decenni di effettivo utilizzo sul campo.

Ci sono ragioni per sperare che le unità disco possano durare dieci anni di servizio, lampadine a LED oltre venti, pannelli solari ben oltre trenta. Ma l'esperienza può trionfare sulla speranza, e attualmente ci sono "incognite conosciute" riguardanti le caratteristiche di invecchiamento a lungo termine di tali prodotti che solo il passare di molto tempo può far conoscere.

In primo luogo, come hanno affermato gli altri, la durata di vita del LED è un MTBF, in secondo luogo, alcuni produttori di luci stroboscopiche a velocità molto elevata, quindi la luce è effettivamente spenta per un bel po 'di tempo, i tuoi occhi non riescono a registrarlo. Questo viene spesso fatto per ridurre il consumo della batteria, ma suppongo che potrebbe anche essere usato per aumentare la durata della vita.

Funzionano con un sacco di LED per 50.000 ore e nessuno di loro si esaurisce. Così dicono sul pacchetto "Garantito per almeno 50.000 ore". Per garantire un LED per 20 anni richiederebbe che lo eseguano per 20 anni per testarlo.

Inoltre, c'è una probabilità di un evento esterno, come una scarica statica, che causa un guasto del LED. Questa probabilità piuttosto piccola influenza la valutazione di 50.000 ore contro 100.000 ore.