Electro Transformación Industrial, S.A. José Ignacio Garreta José Leandro

Transcripción

1 Electro Transformación Industrial, S.A. José Ignacio Garreta José Leandro

2 Introducción Ha pasado tiempo suficiente para tener conocimiento de las diferentes causas del los fallos en los equipos,. En esta ponencia daremos una breve explicación sobre los diferentes tipos de averías con los que nos hemos encontrado en instalaciones reales, con equipos de diferentes marcas y fabricantes.

3 Un poco de estadística DISTRIBUCIÓN DE FALLOS DURANTE HORAS DE FUNCIONAMIENTO EN UNA INSTALACIÓN DE LUMINARIAS LED COMPUESTA POR UDS. FUENTE: APPALACHIAN LIGHTING SYSTEMS, INC. Controladores. 1% LEDs 7% Envolvente. 17% Solo una minoría de los fallos son atribuibles a los LED. Conexiones. 2% Driver Driver. 73% La mayoría de los fallos se deben a los Drivers. Estos fallos suelen ser catastróficos.

4 La curva bañera (Bathtub) de distribución de fallos a lo largo de la vida La mayor tasa de fallos en las horas iniciales suelen deberse a defectos de fabricación y errores durante la puesta en marcha de la instalación. A lo largo de toda la vida del producto, ocurren fallos aleatorios de diversa naturaleza. Conforme nos acercamos al final de la expectativa de vida del producto, van incrementándose los fallos por desgaste de materiales.

5 Causas de fallos Por orden de gravedad: Depreciación de flujo lumínico del LED. Envejecimiento de materiales. Contaminación química. Transferencia térmica deficitaria. EOS (Electrical overstress). Hot plug (conexión en caliente). Descargas electrostáticas (ESD). Descargas atmosféricas Sobretensiones de línea.

6 Depreciación de flujo lumínico (vida útil del LED) LM80, TM 21, L70, L80, L90 Ensayo LM 80 del LED (10.000h) Realizado a una corriente y a dos o mas temperaturas medidas en el punto de soldadura (Tsp) Φ (t): Flujo lumínico en función del tiempo. Extrapolar según algoritmo matemático TM 21 (Máximo 6 x Tiempo de ensayo) 110% 100% 100% 90% % Flujo Luminoso 90% 80% 70% 60% LM 80 85ºC 1A LM ºC 1A % Flujo Luminoso 80% 70% 60% Φ(Tsp 85ºC) Φ(Tsp 95ºC) Φ(Tsp 100ºC) Φ(Tsp 105ºC) 50% Tiempo (horas) 50%

7 Depreciación de flujo lumínico (vida útil del LED) LM80, TM 21, L70, L80, L90 Un fabricante de luminarias debe conocer la relación entre la Tsp del LED y la Tc o Tp del módulo LED incorporado en la luminaria. Tc = Tsp ΔT 100% I = 1000mA Tc 90% % Flujo Luminoso 80% 70% Φ(Tsp 85ºC) Φ(Tsp 95ºC) Φ(Tsp 100ºC) Φ(Tsp 105ºC) Tc 80ºC Tc 90ºC Tc 95ºC Tc 100ºC 60% L70 (Tc=100ºC) proyectado > hrs L70 (Tc=100ºC) según TM 21 > hrs 50% Tiempo (horas)

8 Envejecimiento de materiales. El Policarbonato amarillea, las partes metálicas se oxidan, los cables y las juntas se deterioran, aparece humedad, condensación, corrosión, etc. La entrada de agua suele dar lugar a fallos catastróficos. Con MBTS no se produce el arco eléctrico en presencia de humedad. Las lámparas de descarga no podían funcionar con tensiones MBTS (<60VDC), pero los LEDs sí. Por qué no se incluye en las prescripciones que los módulos incorporados en las luminarias sean MBTS?

9 Envejecimiento de materiales. Menos conocido es lo que ocurre en el interior de los propios LED. Mas Azul El fósforo se mueve y se degrada debido a la temperatura. La silicona de la óptica primaria se degrada aumentando su índice de refracción. La base de plata sobre el que se monta el chip, se oxida y pierde capacidad de reflexión. Todo ello da lugar a pérdida de eficiencia y a cambios de cromaticidad

10 Contaminación química. El Outgasing y los VOC El outgasing de un material consiste en la emisión de VOCs (sustancias orgánicas volátiles) u otras sustancias volátiles. Las cúpulas de silicona de los LED son permeables a los gases. Los sustancias volátiles pueden penetrar entre las cadenas de silicona Algunos compuestos volátiles oscurecen con la temperatura. Por eso la parte de cúpula, en contacto con el chip, oscurece. Puede ser un fenómeno reversible: Según el tipo de VOC y la ventilación interna de la luminaria, la sustancia contaminante puede volatilizarse tras horas o meses de funcionamiento. En la fabricación de luminarias LED, todos los selladores, adhesivos, etc deben ser adecuados. Por ejemplo, los elastómeros vulcanizados con sulfuro pueden desprender H 2 S que, en contacto con la base de plata sobre la que se monta el LED, produce Sulfito de plata y la oscurece.

11 Contaminación química. Prueba del chupito.

12 Contaminación química. Prueba del chupito. Se rodea el LED y se sella el vaso de chupito con la sustancia a ensayar. Si se emanan sustancias volátiles, estas quedarán dentro del chupito y el LED quedará inmerso en esa atmósfera. Tras un mes de funcionamiento se comprueba si la sustancia ha afectado al LED.

13 LED individual 4,5W max. 2W utilización. Transferencia térmica deficitaria. En función de lo crítica que sea la transferencia térmica en el diseño, su deficiencia puede dar lugar a una degradación prematura del LED o a un fallo catastrófico. 15W max. 8,4W utilización. Calor distribuido Transferencia térmica del LED mediante soldadura metálica (65 W/m.K). El uso de circuito de aluminio (MCPCB) (19,2 W/m.K) garantiza una buena transferencia de calor hacia el disipador. LED multichip (COB) 73W max. 50W utilización. Calor concentrado Transferencia térmica del LED mediante contacto y TIM (6 W/m.K). Existen factores críticos: Mantenimiento de propiedades del TIM Planicidad y baja rugosidad de la superficie de montaje.

14 Transferencia térmica deficitaria. Problemas de transferencia térmica en LEDS individuales. Voids en soldaduras Problemas de transferencia térmica en LEDs multichip (COB). Falta de planicidad o exceso de rugosidad (>10µm) del disipador o luminaria. Uso de TIM inadecuado: Dilataciones y contracciones. Ninguno es crítico en LEDs pequeños Pérdida de propiedades del TIM. (Solidificación, desplazamiento, etc.)

15 EOS (Exceso de estrés eléctrico). Hot plug. El Hot plug (conexionado en caliente) consiste en conectar un Driver de tipo corriente constante ya alimentado, a un módulo de LEDs. Evolución de la Corriente de LED (A) Evolución de la Corriente de LED (A) En condiciones normales, al alimentar el driver, la corriente del LED aumenta hasta alcanzar el valor establecido en el ajuste del driver. Al hacer un Hot Plug, la energía acumulada en el condensador interno del driver se descarga bruscamente a través de los LEDs hasta que la tensión de salida del Driver iguala a la de los LEDs. Esta sobrecorriente puede producir daños en los LED.

16 EOS (Exceso de estrés eléctrico). Hot plug. El Hot plug y los EOS pueden ocurrir durante el proceso de fabricación o prueba de los módulos y luminarias LED. Pero los efectos se manifiestan meses después Chip dañado Apagado y Encendido (azul) Aparece una mancha que dará lugar a una zona de sombra, sin emisión de luz Se requieren dispositivos y procedimientos específicos para la comprobación de módulos LED. Chip con daño catastrófico Durante el montaje o la reposición de módulos LED hay que hacer caso a las advertencias

17 Descargas atmosféricas Se trata de transitorios de alta tensión y corta duración. Muchos componentes electrónicos se rompen si se supera su tensión máxima. Los protectores contra descargas (SPD) incorporan varistores y descargadores en gas (GDT) que actúan disipando y derivando a tierra las sobretensiones. Sinconexiónatierra,nose consigue una protección completa (en modo común y diferencial)

18 Descargas atmosféricas Uso de Protectores (SPD) ineficaces 700V 275V La tensión de bloqueo de los varistores no es constante. Va aumentando con la corriente (energía ) que disipa. Un varistor de 275V puede llegar a permitir tensiones de 700V o más.

19 Descargas electrostáticas (ESD). Las luminarias aisladas de la tierra pueden acumular carga electrostática por la acción del viento. Cuando la tensión acumulada supera la tensión de aislamiento se produce el salto del arco eléctrico de la electricidad que busca un camino hacia tierra. Son transitorios de alta tensión y corta duración. TVS incorporado en LED Daños catastróficos por ESD Las ESD producen daños en el TVS o en el propio chip del LED. Los LED afectados suelen quedar cortocircuitados (apagados). Aunque los equipos incorporados sean Clase II (no necesitan tierra de seguridad) es recomendable que las luminarias de LED tengan su envolvente conectada a tierra.

20 Sobretensiones de línea permanentes Los drivers de LED admiten un rango de tensiones de alimentación muy amplio (90 310Vac) pero si se excede su tensión máxima se averían casi instantáneamente. Los protectores contra sobretensiones transitorias (SPD) no protegen contra sobretensiones de línea permanentes. Para ello hay que utilizar POPs (protecciones contra sobretensiones permanentes) Los módulos LED suelen sobrevivir a las sobretensiones de línea.

21 Estadísticas ETI: Controladores. 1% Envolvente. 17% LEDs 7% Averías en Módulos LED 0,37% Conexiones. 2% Driver Driver. 73%

22 Electro Transformación Industrial, S.A.