Por que meu LED ainda não está queimado?

Eu tenho um ReplayTV DVR de 15 anos. Eu usei, não tenho certeza quando, mas provavelmente cerca de uma década atrás. Está ligado quase o tempo todo e tem um LED azul de energia na frente.

O FAQ do LED diz que muitos LEDs têm uma vida útil estimada de 50.000 horas, o que implica que ele deve durar apenas cerca de 5,5 anos quando usado 24x7. A Green Efficient Homes diz que "um LED individual pode durar 100.000 horas", o que aumenta em até 11 anos.

Esses sites parecem ser sobre lâmpadas LED, não os LEDs individuais usados ​​como indicadores em dispositivos eletrônicos.

Por que esse rapaz conseguiu brilhar continuamente por tanto tempo?

Devidamente projetados, construídos e usados, os LEDs de hoje têm uma vida incrivelmente longa e os mecanismos de desgaste não são catastróficos por natureza. Portanto, em vez de usar as estatísticas MTTF de lâmpadas incandescentes, uma porcentagem de luminosidade (70%) é frequentemente usada para definir a vida útil - isso não acontece '' significa que o LED queima, significa que a luz emitida é apenas 70% do que era quando era nova em folha. Como a mudança é lenta, você normalmente não percebe.

Para aplicações de luz branca, isso faz sentido porque, após um período de tempo, a luz funciona, mas pode ficar muito fraca para ser útil no aplicativo, como lanterna ou lâmpada de leitura.

As lâmpadas incandescentes da FWIW são propensas a algo semelhante, pois o filamento evapora lentamente deixando um revestimento escuro na concha de vidro, escurecendo a luz. Eles são capazes de compensar um pouco porque o filamento brilha um pouco mais devido à maior resistência (até que se quebre).

O melhor palpite que tenho para um indicador de vida útil do LED é mais de 5.000.000 horas.

Eu não acho que alguém ficaria surpreso se um microcontrolador durasse de 10 a 15 anos. O mais provável é que alguém espere que dure tanto tempo. Pense em quantas junções pn podem falhar em um microcontrolador. Um LED possui apenas uma junção pn. Um LED indicador durará mais tempo do que qualquer um pode viver para descobrir.

Os LEDs indicadores provavelmente nunca falharão durante a sua vida. O tempo médio de vida humano é agora de 78 anos ou 683.280 horas. Os LEDs indicadores podem durar mais que isso.

A fonte de alimentação (o elo mais fraco da maioria dos produtos) que alimenta o LED no DVR dura 15 anos (23.400 horas).

A confiabilidade é baseada não apenas no LED, mas no sistema em que o LED é usado.

LEDs raramente morrem. As lâmpadas LED morrem porque o driver falhou.
A classificação em uma vida útil do LED é baseada na manutenção do lúmen.

Uma especificação comum para os LEDs de iluminação de alta potência é a manutenção de 70% do lúmen (ou seja, saída com 70% de sua intensidade de pico) após 50.000 horas de operação.

O padrão mais notável da indústria é o IES LM-80 (LM-80), que, de acordo com o Departamento de Energia dos EUA, é um "método aprovado para medir a depreciação do lúmen de fontes de luz de estado sólido (LED), matrizes e módulos" ( US DOE).

Este white paper da Lumiled aborda o tópico em detalhes:
Avaliando o comportamento da vida útil dos sistemas de LED

Peguei o gráfico de estimativa de 149.000 horas da Lumileds (Fig 5) e extrapolei para 1.000.000 horas. Lembre-se de que este é um LED de alta potência testado em alta temperatura. LEDs indicadores duram muito mais tempo.

Como regra geral, a vida de um semicondutor é reduzida em 50% a cada aumento de 10 ° C na temperatura. No teste do LM-80, é usada uma temperatura de junção acima de 130 ° C (é especificado um ambiente de 120 ° C). E o LED indicador funciona à temperatura ambiente. Portanto, por mais de 5X mais tempo para um indicador. É aqui que obtenho meu melhor palpite de 5.000.000 horas.

Isso é para iluminação de LEDs. Os LEDs indicadores sempre foram conhecidos por sua confiabilidade muito alta. A AT&T foi uma das primeiras a ver isso.

A AT&T descobriu que seus LEDs indicadores de telefone durariam até 50 anos. São 438.000 horas. 50.000 horas se aplicam a alta potência (alta temperatura) que cai para 70%. Eles duram muito mais do que 50.000 antes da falha. A Lumileds testou L70 a 148.000 horas com um teste de 50.000. Se eles foram ao ponto em que não era mais possível ver, provavelmente seriam de 500.000 a 1.000.000 horas. Veja a figura 5 em seu white paper. E esse foi um Luxeon Rebel de alta potência e alta temperatura testado a 85 ° C, 0,35A (Tjunção ~ 98 ° C).

Nos anos 60, um LED GaP 110V antiquado duraria mais de 438.000 horas. (50 anos)

No final da década de 1960, a AT&T Bell Laboratories percebeu imediatamente que havia muitas aplicações possíveis para LEDs. Lâmpadas indicadoras. estavam se tornando úteis no ramo de telefonia. Todas as luzes usadas naquela época nos EUA operavam com 110 V. Um exemplo é o telefone “Princess”, que deveria ser usado em quartos - o mostrador acendeu quando o telefone foi retirado do seu berço. O "Princess" era um telefone de prestígio e a moda mais recente da década de 1960, mas teve que ser instalado perto de uma tomada de 110 V. Uma chamada de serviço para a companhia telefônica local seria necessária se a lâmpada queimar. Se os LEDs substituíssem as lâmpadas de 110 V, a linha telefônica poderia alimentar os LEDs e uma saída de 110 V não seria mais necessária. Além disso, os LEDs GaP tiveram uma vida útil esperada superior a 50 anos quando usados ​​em telefones,

O material LED faz a diferença.
Do livro Diodos emissores de luz de E. Fred Schubert

Sabe-se que a confiabilidade dos dispositivos AlGaAs é menor do que a dos dispositivos AlGaInP que não contêm nenhum AlGaAs. As camadas de AlGaAs com alto teor de Al estão sujeitas a oxidação e corrosão, reduzindo assim a vida útil do dispositivo.

Se um 110 V GaP durou 50 anos, um LED de 2V deve durar muito mais tempo. Como as características IV do LED melhoraram, a vida útil também melhorou.

Valores baixos de [V _f ] são consistentemente correlacionados com alta confiabilidade do dispositivo

Esses sites parecem ser sobre lâmpadas LED, não os LEDs individuais usados ​​como indicadores em dispositivos eletrônicos.

Esta é a essência do problema.

O primeiro componente a falhar em uma lâmpada LED é geralmente a fonte de alimentação, não os próprios LEDs. A falha na fonte de alimentação pode induzir uma falha no LED - fornecendo muita energia ou gerando calor excessivo - mas os próprios LEDs raramente são os culpados. Como os LEDs indicadores não contêm sua própria fonte de alimentação, eles não são afetados por esses problemas. (Uma falha na fonte de alimentação em um dispositivo que contém LEDs é geralmente atribuída ao próprio dispositivo falhar, e não a seus LEDs!)

Além disso, as lâmpadas LED são uma aplicação muito mais exigente do que os LEDs indicadores. Os LEDs de uma lâmpada geralmente funcionam perto de sua potência máxima de projeto, a altas temperaturas. Isso faz com que envelhecam mais rapidamente do que um LED indicador, que geralmente é executado apenas com a energia necessária para acender visivelmente.

Os LEDs indicadores normalmente têm uma vida útil medida em décadas. O brilho do LED pode diminuir um pouco à medida que envelhece, mas é raro "queimar".

O LED indicador possivelmente não está operando com potência nominal.

A vida útil de um LED é normalmente especificada na potência nominal. Como os LEDs azuis são luzes indicadoras bastante irritantes, elas geralmente diminuem para um brilho menos irritante (por exemplo, a corrente nominal especificada é 20mA, a corrente operacional real em um dispositivo específico é apenas 3mA). Isso aumenta significativamente a vida útil do LED.

Isso é um acréscimo às outras respostas. O LED estará mais escuro agora do que quando era novo, mas ainda é útil como uma luz indicadora.

A classificação é apenas um MTBF (tempo médio entre falhas)

LED MTBF

Para qualquer componente ou sistema, o MTBF é o tempo médio entre falhas. O MTBF é o tempo decorrido previsto entre falhas inerentes a um componente ou sistema durante a operação.

O MTBF é uma figura usada nos cálculos para a confiabilidade de itens de equipamento. Para poder calcular o MTBF do equipamento, é necessário conhecer o MTBF dos componentes individuais, por exemplo, o LED MTBF neste caso.

A taxa de falhas de um componente e o MTBF estão vinculados. O MTBF pode ser calculado como o inverso da taxa de falha se for assumido que existe uma taxa de falha constante, o que não é razoável como uma suposição de primeira ordem.

MTBF = Horário de funcionamento / Número de falhas

Os números do MTBF são frequentemente citados nas folhas de dados dos fabricantes. No entanto, o MTBF pode ser consideravelmente reduzido pela operação de componentes próximos aos seus limites nominais. Ambientes hostis como alta temperatura e vibração também reduzem o MTBF.

No entanto, quando executadas dentro de seus limites, as lâmpadas LED têm uma vida útil longa e não falham com muita frequência.

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

Sem uma amostra de população e teste desse LED específico, será impossível dizer qual é a vida útil desse LED. o fabricante só pode garantir através do que sabe sobre esse LED (provavelmente executando-o por meses em testes, medindo a degradação) e extrapolando-o ao longo da vida. Eles garantem um valor de MTBF e, se você obtiver um lote de seus LEDs, em média, eles durarão mais do que x horas. Mas eles podem durar mais, o valor do MTBF é apenas um limite inferior.

As estimativas da expectativa de vida dos componentes eletrônicos são um negócio complicado. Como se pode imaginar, o fabricante não pode esperar 50.000 horas (ou algo como 2.290.000.000 horas para um receptor RS232, consulte a página 7 deste ensaio ) para coletar estatísticas de falhas do dispositivo, o mercado não permite isso. Todas as estimativas são feitas usando "modelos acelerados" .

A idéia é definir um lote de dispositivos sob condições extremas (tensão, corrente, temperatura, fatores ambientais) até que alguns dispositivos falhem em um tempo razoável de teste (dias ou horas), assumindo que não haja mudança nos mecanismos de falha. Então, usando alguns modelos teóricos de mecanismos de falha e outras suposições, a taxa de falha é extrapolada para condições operacionais normais. Geralmente, os modelos teóricos são do tipo exponencial; portanto, pequenos erros durante testes acelerados podem resultar em grandes diferenças nas estimativas para caudas dessas funções exponenciais. Portanto, os modelos geralmente são conservadores, para evitar responsabilidades decorrentes de falhas prematuras catastróficas.

Por exemplo, se o modelo acelerado de um LED incluir a umidade do ar e o fator de ferrugem / oxidação, mas o LED estiver sempre em condições de ambiente e de ar seco, poderá durar muito mais do que o MTBF especificado pelo fabricante.

Esses tempos são de duração nominal e podem ser muito conservadores. Por isso, pode ser que a maioria ou (no caso de você ter sorte) alguns deles possam lidar com um fator vezes mais, então 15 anos não parecem irracionais.

Se a vida útil estimada for garantida, ou mesmo contada, o fabricante poderá estar sendo conservador e / ou se limitar ao que sabe ser verdade, e não ao que espera ser verdade. Pode ter que se defender em uma ação judicial!

Os LEDs azuis não se tornaram amplamente disponíveis como LEDs indicadores baratos até o final dos anos 90. Em 2010, um fabricante pode não ter muito mais de uma década de experiência com os dispositivos e, portanto, seria arriscado declarar uma expectativa de vida de mais de dez anos, porque a teoria e a experimentação em laboratório com "envelhecimento acelerado" não podem substituir duas décadas de uso real no campo.

Há razões para esperar que as unidades de disco durem dez anos em serviço, lâmpadas LED com mais de vinte anos, painéis solares com mais de trinta anos. Mas a experiência pode triunfar sobre a esperança, e atualmente existem "incógnitas conhecidas" sobre as características de envelhecimento a longo prazo de tais produtos, que somente a passagem de muito tempo pode tornar conhecida.

Primeiro, como os outros disseram que a vida útil do LED é um MTBF, segundo, alguns fabricantes acendem as luzes a uma velocidade muito alta, de modo que a luz fica realmente apagada uma quantidade razoável de tempo, seus olhos simplesmente não conseguem registrá-la. Isso geralmente é feito para diminuir o consumo da bateria, mas suponho que também possa ser usado para aumentar a vida útil.

Eles executam vários LEDs por 50.000 horas e nenhum deles queima. É o que dizem no pacote "Garantido por pelo menos 50.000 horas". Para garantir um LED por 20 anos, seria necessário executá-lo por 20 anos para testá-lo.

Além disso, existe a probabilidade de um evento externo, como uma descarga estática, causar uma falha no LED. Essa probabilidade bastante pequena influencia a classificação de 50.000 horas versus 100.000 horas.