Introducción

En los últimos años, la tecnología de iluminación LED y su número de aplicaciones se han desarrollado rápidamente, con una creciente penetración en la iluminación pública, residencial y comercial. Esto se debe a las numerosas ventajas que ofrecen los LED a la industria de la iluminación, incluyendo alta eficiencia, durabilidad, respeto al medio ambiente y menor mantenimiento gracias a su larga vida útil. Todos estos factores se traducen en ahorros en costos de energía y mantenimiento, pero todos dependen de la larga vida útil de los productos LED. La vida útil de un LED se expresa típicamente en términos como L70, L90 y LxxByy (¿Qué es LxxByy?). Por ejemplo, L70 > 100,000 horas significa que el LED puede mantener al menos el 70% de su flujo luminoso inicial después de 100,000 horas de funcionamiento. 100,000 horas equivalen a una farola LED funcionando durante 12 horas por noche, manteniendo esta alta eficiencia (70%) después de 22 años de funcionamiento. Además, la vida útil del controlador LED también es un factor importante. Solo si el controlador LED se mantiene estable durante este periodo de tiempo, puede proporcionar una entrada de corriente/tensión estable y continua al LED. Entonces, ¿qué parámetros se pueden utilizar para indicar la vida útil del controlador LED? La respuesta es el MTBF (Tiempo Medio entre Fallos). Este artículo explicará sus criterios de cálculo, los factores que influyen y por qué es importante este parámetro. Profundicemos en los detalles y conozcamos los valores de MBTF de diferentes controladores LED.

¿Qué es el tiempo medio entre fallos (MTBF)?

La vida útil de un controlador LED (¿Cómo elegir un controlador LED?) se puede expresar mediante el MTBF. MTBF significa Tiempo Medio entre Fallos y es una métrica que mide la fiabilidad de un producto, especialmente de un electrodoméstico. Se mide en horas. Refleja la calidad del tiempo del producto y su capacidad para mantener su funcionalidad dentro de un plazo específico. Puede referirse al tiempo medio de funcionamiento entre dos fallos consecutivos, también conocido como Tiempo Medio hasta Fallos. También puede ser el tiempo medio entre el inicio de la operación y el primer fallo de un producto nuevo en condiciones de funcionamiento específicas. En general, un producto con menos fallos es más fiable. Para el mismo número de productos a lo largo de su vida útil, un producto con un MTBF mayor experimentará menos fallos que uno con un MTBF menor. En el caso de los productos reparables, un MTBF mayor indica un mayor tiempo medio entre fallos y una mayor fiabilidad. En el caso de los productos no reparables, aunque la reparación no es posible después de un fallo, puede utilizarse para describir la vida útil media del producto o el tiempo medio entre fallos. El tiempo medio entre fallos (MTBF) se aplica únicamente a periodos de funcionamiento normal del producto y una tasa de fallos constante, como se muestra en la figura siguiente. Se observa que la curva de tasa de fallos involucra el parámetro de Weibull (β). Cuando β < 1, la distribución de Weibull describe un fallo prematuro de los componentes. Cuando β = 10, se produce un desgaste rápido. En teoría, la curva de tasa de fallos de los equipos electrónicos es una combinación de curvas de tasa de fallos con diferentes parámetros de Weibull, conocida como curva de cubo de baño.

¿Cómo se calcula el tiempo medio entre fallos (MTBF)?

La investigación sobre la fiabilidad y la vida útil de los controladores LED tiene un valor práctico significativo. Existen dos métodos para predecir la fiabilidad y la vida útil de los controladores LED: uno es el método de estimación de la fiabilidad de los equipos electrónicos basado en MIL-HDBK-217F, un manual publicado por el ejército estadounidense (de ahí el prefijo estándar MIL-HDBK); el otro es un método experimental de pruebas de vida acelerada. El primero se utilizó inicialmente para probar la fiabilidad de los equipos militares, pero ahora también lo emplean muchos proveedores de controladores LED (como Osram, Philips e Inventronics) para evaluar la fiabilidad de sus productos. El segundo simula la estabilidad y la fiabilidad de los componentes del controlador LED en diferentes condiciones de temperatura (temperatura de trabajo del controlador LED), humedad, tensión y ciclo de conmutación continuo. Al aplicar un alto estrés (como alta temperatura, alta humedad, alta tensión, etc.) para acelerar el envejecimiento del producto, se puede predecir la fiabilidad en un plazo más corto y se puede obtener el MTBF (tiempo medio entre fallos) mediante el análisis de Weibull. Este artículo se centra en el primer método, ya que el autor ha observado que la mayoría de los fabricantes de controladores LED más destacados adoptan este enfoque, mientras que el segundo rara vez se menciona.

Philips realizó pruebas de MTBF en sus controladores LED de la serie Xitanium, según el estándar MIL-HDBK-217F. Como se indicó, para un controlador LED Xitanium típico de 150 W que funciona a una temperatura de carcasa de aproximadamente 50 °C, la tasa de fallos teórica es de 500 ppm/1000 horas, lo que significa que el controlador LED de la serie Xitanium tiene una tasa de fallos de 500 ppm durante 1000 horas de uso. Esto se traduce en 500 fallos por millón de unidades en 1000 horas. A partir de esto, calculamos MTBF = Tiempo total de funcionamiento / Número de fallos = 1000 × 1 000 000 / 500, que equivale aproximadamente a 2 millones de horas. Es importante tener en cuenta que este parámetro no indica que un solo controlador LED fallará después de 2 000 000 de horas de uso, sino que representa la probabilidad de fallo de un número específico de controladores LED durante un período de tiempo determinado. Por ejemplo, si nuestro proyecto planea utilizar 2000 controladores LED de la serie Xitanium, con una vida útil del proyecto de 10 años y un funcionamiento diario de 12 horas, podemos estimar la cantidad de unidades defectuosas después de 10 años, que es 10 × 365 × 12 × 2000 / 2 000 000 = 43,8.

¿Por qué nos importa el MTBF del controlador LED?

Mejorar la seguridad

Un MTBF alto para un controlador LED significa que este experimenta menos fallas a lo largo de su vida útil, a la vez que proporciona la corriente/tensión requerida. A diferencia de la depreciación del lúmen del LED (¿Qué es la descomposición de la luz y la salida de lúmenes constante?), que ocurre gradualmente, las fallas del controlador LED suelen ser catastróficas. La luminaria puede parpadear o apagarse por completo, lo que impide proporcionar un alumbrado público adecuado. Tomemos como ejemplos las fuentes de alimentación Inventronics EUM DG y EBS BT2. La primera tiene un MTBF de 473.000 horas, mientras que la segunda tiene un MTBF de 203.000 horas. Según los resultados proporcionados, la primera tiene una clara ventaja significativa. Para un proyecto que involucra 1.000 farolas, después de cinco años de uso, la tasa de falla estimada para la primera es del 4,6%, mientras que la segunda alcanza el 10,8%. Si se consideran factores adicionales como las sobretensiones, la segunda requeriría reparaciones extensas después de cinco años. Si el mantenimiento no se realiza con prontitud, la fiabilidad del sistema de iluminación disminuirá, impidiéndole proporcionar una iluminación continua y estable. Esto inevitablemente incrementará los riesgos para la seguridad vial e incluso la probabilidad de accidentes de tráfico.

Mayor MF con mayor MTBF

Al calcular el factor de mantenimiento, se aplica el parámetro de factor de supervivencia de la lámpara, abreviado como LSF. Este representa la probabilidad de que la fuente de luz o luminaria continúe funcionando en un momento dado. Las fuentes de luz LED suelen tener una baja tasa de fallos y, por lo general, no se consideran. La principal probabilidad de fallo de la luminaria reside en el controlador LED. Para más detalles, consulte el apartado “Factor de mantenimiento en iluminación“. Es fácil entender que LSF = 1 – tasa de fallos (a lo largo del proyecto). Por ejemplo, en un proyecto con una vida útil de 5 años que utiliza una fuente de alimentación de la serie EUM de Inventronics, con un MTBF de 750 000 horas, la tasa de fallos se puede entender como un 0,667 % por cada 5000 horas. Tomando un ejemplo donde el sistema de iluminación es operado por 12 horas diarias, la probabilidad de falla sobre todo el ciclo del proyecto se calcula como 0.667% × 12 × 365 × 5 / 5,000 = 2.92%, resultando en LSF = 100% – 2.92% = 97.08%. Por el contrario, cuanto menor sea el valor MTBF, menor será el valor LSF. En el artículo sobre el factor de mantenimiento, sabemos que cuanto mayor sea el valor LSF, mayor será el valor MF. Por lo tanto, durante el ciclo del proyecto, el impacto de la iluminación insuficiente causada por fallas del controlador LED se minimiza, y a menudo podemos lograr el efecto de iluminación requerido con menos luminarias. Esto es muy útil para reducir la inversión inicial en luminarias. De manera similar, si se utiliza el reemplazo puntual para el mantenimiento de las luminarias, aunque el valor LSF sea 1, aún necesitamos reemplazar más luminarias con valores MTBF bajos, lo que también aumentará los costos de mantenimiento futuros.

Mejorar la experiencia del usuario y la influencia de la marca

Como ya hemos mencionado, un MTBF alto indica una baja tasa de fallos en los controladores LED. Los usuarios confían más en estos productos y esperan que se mantengan fiables durante años sin fallos frecuentes. Con menos fallos, los clientes no suelen necesitar sustituir ni realizar mantenimiento a los controladores LED. Imagine la diferencia en la experiencia del usuario entre tener que sustituir las bombillas varias veces al año y solo tener que sustituir las luminarias cada pocos años. De igual forma, los fabricantes de controladores y luminarias LED (ZGSM y sus productos) también buscan mejorar la calidad del producto para garantizar un MTBF alto. Esto es muy beneficioso para mejorar la reputación del producto, atrayendo así a un número cada vez mayor de clientes. Por el contrario, si su controlador LED presenta una tasa de fallos cercana al 20 % o superior tras varios años de uso, creemos que los usuarios perderán la confianza en su producto.

¿Qué efecto tiene el MTBF del controlador LED?

Calidad de los componentes

Uno de los principales desafíos en la fabricación de controladores LED es la selección de componentes. Para los fabricantes de controladores LED, cada componente debe seleccionarse cuidadosamente y someterse a exhaustivas certificaciones de diseño, pruebas y comprobaciones internas de fiabilidad a largo plazo. Un riguroso proceso de selección de proveedores y una colaboración a largo plazo con ellos garantizan que solo se utilicen componentes de la más alta calidad en los controladores LED. Por ejemplo, los condensadores electrolíticos son un punto débil en la vida útil de los controladores LED, ya que su vida útil está directamente relacionada con la temperatura. A altas temperaturas, los diferentes materiales se expanden a distintas velocidades, lo que genera tensiones internas de tracción o compresión. Por lo tanto, seleccionar condensadores con buenas características de temperatura es muy beneficioso para mejorar el MTBF (tiempo medio entre fallos) de los controladores LED. Además, desde una perspectiva de diseño, realizar un análisis exhaustivo de la tensión de los componentes e implementar medidas de reducción adecuadas garantiza que el controlador LED alcance una fiabilidad extremadamente alta. Por ejemplo, para un controlador LED con una potencia de salida máxima de 100 W, podemos reservar un 10 % (potencia real de 90 W) en la práctica para lograr una vida útil líder en la industria.

Temperatura ambiente

Las lámparas LED están claramente marcadas con su temperatura de funcionamiento. Esto se debe a que las temperaturas demasiado bajas pueden impedir su encendido, mientras que las temperaturas demasiado altas pueden provocar fallos y mal funcionamiento del LED. La principal causa de estos fallos son las altas temperaturas, que pueden causar problemas en inductores, optoacopladores y placas de circuito impreso. Estos fallos incluyen la degradación acelerada de los materiales de aislamiento a altas temperaturas, lo que aumenta el riesgo de cortocircuitos; fallos del optoacoplador a altas temperaturas, que provocan fallos en el circuito de retroalimentación; y cambios de tensión en las uniones de soldadura de PCB causados ​​por altas temperaturas, lo que resulta en uniones de soldadura deficientes. Por lo tanto, para las lámparas LED diseñadas para funcionar en entornos de alta temperatura, la elección de un controlador LED resistente a altas temperaturas es igualmente importante. Por ejemplo, los controladores LED de corriente constante SS-100VB y SS-100VP de Sosen se anuncian como más adecuados para el funcionamiento a alta temperatura. Las siguientes curvas de vida útil muestran que la vida útil del primero se reduce significativamente cuando su Tc alcanza alrededor de 60 °C. Este último, por otro lado, es adecuado para entornos de alta temperatura, con una temperatura máxima de funcionamiento de 90 °C. La lámpara de gran altura HB13 de ZGSM (más información sobre la serie ZGSM HB13 de gran altura) utiliza esta serie de controladores LED, ideal para plantas de forja de alta temperatura, fábricas de vidrio, fundiciones y otras aplicaciones.

Diseño de productos y mecanismos de protección

El diseño de la luminaria LED es igualmente importante para prolongar la vida útil del controlador. El controlador y el módulo LED suelen estar integrados en una sola carcasa, donde el primero suministra voltaje y corriente continuamente al segundo durante toda su vida útil. Sin embargo, ambos generan calor, y la acumulación de calor puede provocar inevitablemente un mal funcionamiento de la luminaria. Idealmente, ambos componentes deberían colocarse de forma independiente para minimizar las interferencias (véase la figura siguiente). Además, una vez diseñada la luminaria, es necesario probarla para simular las condiciones reales de funcionamiento. Por ejemplo, la prueba ISTMT requiere que la luminaria se pruebe a 25 °C o 50 °C tanto para la temperatura del punto Tc del controlador como para la temperatura del punto Ts de los LED. El punto Tc determina el tiempo medio entre fallos (MTBF) y la degradación lumínica de los LED. ZGSM normalmente requiere un valor de Tc de 5 a 10 °C por debajo de la Tc máxima especificada. Por ejemplo, la serie EUM DG tiene una temperatura de garantía Tc de 80 °C, mientras que ZGSM requiere un valor de Tc medido inferior a 70 °C a 25 °C. Además, si el controlador LED tiene una función de reducción de potencia por alta temperatura, esta puede utilizarse para reducir la salida cuando sea necesario, prolongando así su vida útil. Si el controlador tiene funciones más avanzadas (como un NTC), estas funciones pueden habilitarse. Por ejemplo, cuando una lámpara funciona de forma anormal, la función NTC (NTC y su aplicación en alumbrado público) puede detectar la temperatura de la carcasa o los LED. Cuando se excede el límite, la corriente de salida del controlador LED se reducirá para minimizar la pérdida de potencia y, en última instancia, garantizar que la temperatura de los componentes internos del controlador no supere el umbral, mejorando así la fiabilidad y la vida útil del controlador.

Luces LED ZGSM con valor MTBF largo

Los distintos controladores LED tienen distintos valores de tiempo medio entre fallos (MTBF). Los productos LED de ZGSM pueden incluir controladores LED de diferentes marcas y series, como Inventronics, Philips, Osram, Meanwell, Done y otras. El MTBF de las distintas series de controladores LED de Inventronics varía considerablemente. Por ejemplo, la serie EUM DG tiene un MTBF de aproximadamente 300 000 a 600 000 horas, mientras que la serie EUM MG (apta para farolas con sensor de movimiento) tiene un MTBF aún mayor, de hasta 1 500 000 horas. La serie de alta gama de Philips puede alcanzar los 2 000 000 horas, mientras que la XLG de Meanwell solo alcanza 1 000 000 horas (según el estándar Telcordia SR-332, e incluso menos si se prueba con el estándar MIL-HDBK). Si su proyecto tiene requisitos específicos de MTBF, consulte con ZGSM para obtener más información. A continuación se muestran las diferentes series de productos LED de ZGSM; haga clic en la imagen para obtener más detalles.

Resumen

Los controladores LED son componentes clave en los dispositivos de iluminación LED, ya que alimentan y controlan los LED para lograr el efecto de iluminación deseado. Sin embargo, son el punto más débil de los sistemas de iluminación LED, y su vida útil influye significativamente en la vida útil de todo el sistema. Este artículo explora sistemáticamente el Tiempo Medio entre Fallos (MTBF) de los controladores LED y cómo calcularlo. Si desea que su luminaria funcione sin fallos durante mucho tiempo, elegir una luminaria con un MTBF alto es una buena opción. El uso de controladores LED con un MTBF alto en la industria de la iluminación vial ofrece numerosas ventajas prácticas, como la mejora de la seguridad pública, la reducción de los costes de mantenimiento y el aumento de la competitividad de la marca. Para los fabricantes de controladores LED, la selección de componentes de alta calidad es crucial para mejorar el MTBF. Es igualmente importante que los fabricantes de LED optimicen el diseño de la luminaria para garantizar un funcionamiento estable del controlador LED dentro de la temperatura ambiente especificada. El MTBF no es solo un parámetro técnico; refleja la solidez general del fabricante y es crucial para el control de costes (costo del alumbrado público) y la gestión de la seguridad durante todo el ciclo de vida del proyecto. Para más información, contacte con ZGSM.

Preguntas Frecuentes

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