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MODELOS PARA LA PREDICCIÓN DEL TIEMPO DE VIDA DE LOS LEDES
EMPLEADOS EN ILUMINACIÓN: TENDENCIAS Y DESAFÍOS LED LIFETIME
PREDICTION MODELS IN LIGHTING: TRENDS AND CHALLENGES
Poster · March 2018
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Diego de los Angeles Fernández
Universidad Tecnológica de la Habana, José Antonio Echeverría
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Universidad Tecnológica de la Habana, José Antonio Echeverría
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Actualmente los ledes son ampliamente usados en los sistemas de iluminación, fundamentalmente por
las ventajas que ofrecen respecto a las fuentes tradicionales de iluminación, tales como su alta
luminosidad, gran eficacia, largos tiempos de vida, menor disipación de energía y ausencia de
contenido de mercurio. Debido al incremento de los niveles de penetración de los ledes en el mercado
y a la complejidad de los modos de falla de los ledes, la predicción del tiempo de vida de estos, se ha
convertido en un tema clave en el campo de la iluminación de estado sólido. Este trabajo presenta una
revisión de la literatura sobre los modelos para la predicción del tiempo de vida de los ledes empleados
en iluminación, y ofrece una reflexión sobre el tema para la consideración y discusión por la comunidad
científica interesada. Los modelos más utilizados incluyen modelos de regresión estadística, redes
neuronales artificiales, redes bayesianas, filtros de Kalman, elementos finitos, filtros de partículas y
modelos basados en la física de los fallos. Finalmente, se ofrecen algunos desafíos que enfrenta
actualmente la comunidad científica internacional
Métodos
Conclusiones
MODELOS PARA LA PREDICCIÓN DEL TIEMPO DE VIDA DE LOS LEDES EMPLEADOS EN ILUMINACIÓN: 
TENDENCIAS Y DESAFÍOS
LED LIFETIME PREDICTION MODELS IN LIGHTING: TRENDS AND CHALLENGES
Ing. Diego de los Angeles Fernández Labrada
𝟏
, Dr.C. Miguel Castro Fernandez
𝟐
, Dr.C. Ariel Santos Fuentefria
𝟑
1: Universidad Tecnológica de la Habana José Antonio Echeverría. Teléfono: 53 7 2663076, correo electrónico: dfernadez@electrica.cujae.edu.cu
2: Universidad Tecnológica de la Habana José Antonio Echeverría. Teléfono: 53 7 2663008, correo electrónico: mcastro@electrica.cujae.edu.cu
3: Universidad Tecnológica de la Habana José Antonio Echeverría. Teléfono: 53 7 2663014, correo electrónico: asfuentefria@electrica.cujae.edu.cu
Bibliografía
1. Histórico – Lógico. Para analizar los modelos existentes en la literatura para la predicción del
tiempo de vida de ledes blancos de alta potencia.
2. Analítico – Sintético. Para descomponer en partes la investigación, separando los modos y
mecanismos de falla e indicadores de desempeño que determinan el tiempo de vida de ledes de
alta potencia; así como los modelos que permiten predecirlo.
3. Comparación – Clasificación. Para comparar los modelos existentes para la predicción del tiempo
de vida de ledes blancos empleados en iluminación y definir los aportes de la investigación.
1. International Energy Agency (IEA), Light´s Labour´s Lost: Policies for Energy-efficient Lighting, ©
OECD/IEA, 2006. (Consulted February 24, 2017). Disponible en:
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ISBN: 978-1-4799-0232-3. Disponible en: http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6575764/.
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7. Song Y., Qian K., Research on the Life Prediction of Light-emitting Diode based on Neural
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8. Yang X. et al., Lifetime Prediction Based On Analytical Multi-Physics Simulation for Light-Emitting
Diode (LED) Systems, Proceedings of 2017 18th Intemational Conference on Thermal,
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DOI: 10.1109/EuroSimE.2017.7926233
9. Xu L., Qian K., Aging mathematical model of InGaN/GaN LEDs based on non-radiative
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http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4992989, http://dx.doi.org/10.1063/1.4992989
10. Sun B. et al., A Review of Prognostic Techniques for High-Power White LEDs, IEEE Transactions
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10.1109/TPEL.2016.2618422
11.Kumar K,V., Fundamentals of solid-state lighting: LEDs, OLEDs, and their applications in
illumination and displays, CRC Press. © 2014 by Taylor & Francis Group, LLC. .ISBN:
978-1-4665-6109-0
Este trabajo presentó una revisión de la literatura sobre los modelos para la predicción del tiempo de
vida de los ledes empleados en iluminación, y ofreció una reflexión sobre el tema para la
consideración y discusión por la comunidad científica interesada. En la actualidad debido al amplio
uso de los ledes en los sistemas de iluminación y a la complejidad de los modos de fallas de estos, la
predicción del tiempo de vida de ledes, se ha convertido en una línea de investigación clave en el
campo de la iluminación de estado sólido (SSL). Actualmente los modelos de predicción del tiempo
de vida de ledes incluyen modelos de regresión estadística, redes neuronales artificiales, redes
bayesianas, filtros de Kalman, elementos finitos, filtros de partículas y modelos basados en la física
de los fallos. A partir de la literatura consultada se pudo comprobar que los modelos de predicción del
tiempo de vida de ledes se encuentran en pleno desarrollo. Las ventajas y desventajas de los nuevos
modelos deben ser exploradas. En teoría los modelos basados en la física de los fallos son más
precisos que los modelos basados en el control de datos. Sin embargo, como la degradación en el
flujo luminoso y la cromaticidad, pueden ser por múltiples modos y mecanismos de falla, hacer un
verdadero perfil de la degradación resulta ser muy complicado. Los modelos basados en el control de
datos, como son modelos de caja negra, no requieren modelos de falla especiales o el conocimiento
de alguna falla en específico, pero no son fáciles de aplicar debido a la falta de procedimientos
eficientes para obtener los datos que se necesitan para el entrenamiento de los modelos, por lo que
errores inevitables en las mediciones y señales de ruido, podrían afectar la exactitud de la predicción.
Otra desventaja de los modelos basados en el control de datos es que los mecanismos de falla no
pueden ser distinguidos. Resulta un verdadero desafío investigar en la obtención de modelos de
predicción de tiempo de vida de ledes blancos empleados en iluminación que integren modelos
basados en la física de los fallos y modelos basados en el control de datos.
Resumen
Abstract
Light emitting diodes (LEDs) are widely used for lighting systems with its great advantages over
traditional lighting sources, such as high luminous intensity, high efficacy, longer lifetime, low power
consumption and mercury free. Due to the increment of LED penetration levels in the market and to
the complexity of the LED failure modes, the LED lifetime prediction has become a key issue in the
solid state lighting field .This paper presents a brief review for industry and academic research on
LED lifetime prediction models, and offers a reflection about the theme for consideration and
discussion by the interested scientific community. Currently, the LED lifetime prediction models
mainly include Statistical Regression, Bayes Net, Finite Element, Kalman Filtering, Particle Filtering,
Neural Network and Physics-based Models. Finally, it analyses some challenges that the scientific
community face nowadays.
Introducción
En la actualidad, la preocupación de la comunidad científica por el Cambio Climático y el
agotamiento de los combustibles fósiles, ha dado como resultado el desarrollo de tecnologías más
eficientes energéticamente en el campo de la iluminación, sector que representa el 19% del
consumo mundial de electricidad. Entre estas tecnologías se encuentra la Iluminación de Estado
Sólido (SSL, Solid State Lighting), la cual consiste en un tipo de iluminación artificial que emplea
como fuentes de luz a diodos emisores de luz (LED, Light Emitting Diode), diodos emisores de luz
orgánicos (OLED, Organic Light Emitting Diodes) y diodos emisores de luz poliméricos (PLED,
Polymer Light Emitting Diodes).
Las fuentes SSL, especialmente los ledes, presentan grandes ventajas sobre las fuentes
tradicionales de iluminación, como alta intensidad luminosa, eficacia de 150 lm/W, tiempo de vida
superior a 50 000 horas, bajo consumo de energía, encendido instantáneo, pequeñas dimensiones,
ausencia de contenido de mercurio, manejo de todo el espectro de colores, buena resistencia a las
vibraciones y bajo costo de mantenimiento. Por estas razones el empleo de ledes en los sistemas
de iluminación ha crecido significativamente en los últimos años, y seguirá creciendo en los
próximos. Según reporte del Departamento de Energía de Estados Unidos, se espera que esta
tecnología abarque el 48% del mercado de la iluminación general para el 2020 y el 84% para el
2030.
Los niveles de penetración de los ledes en el mercado, se deben principalmente a que las
tecnologías de iluminación basadas en ledes, representan un cambio de paradigma en la
iluminación artificial, y tienen un gran impacto en la economía global, en el ahorro de energía y en el
medio ambiente. Cada año la SSL proporciona un ahorro mundial anual de € 300 billones y una
reducción de 1000 Mt de emisión de CO2, uno de los gases de mayor importancia en el Efecto
Invernadero. Según estudios de la Agencia Internacional de la Energía se espera que para el 2025
la SSL disminuya en un 29% el consumo de energía por concepto de iluminación.
Con el incremento del empleo de los ledes en los sistemas de iluminación, la predicción del tiempo
de vidade estos, resulta un tema de vital importancia, y todo un desafío para la comunidad
científica, pues los métodos tradicionales de detección de falla que son usados con frecuencia en
las fuentes tradicionales de iluminación, como por ejemplo, las lámparas incandescentes, no son
aplicables a los ledes debido a que se degradan continuamente; por lo que los valores de los
indicadores de desempeño (flujo luminoso, coordenadas de color, etc.) varían eventualmente hasta
alcanzar niveles que constituyen fallas; es decir, los modos y mecanismos de falla son muy
complejos en los ledes. Además, debido a la permanente introducción de nuevos procesos y
materiales en la industria de la iluminación basada en ledes, desconocidos modos de falla
aparecerán, por lo que la modelación de la predicción del. tiempo de vida de los ledes se ha
convertido en un tema clave de investigación en el campo de la SSL. Este trabajo presenta una
revisión de la literatura sobre los modelos de predicción del tiempo de vida de los ledes empleados
en iluminación, y ofrece una reflexión sobre el tema para la consideración y discusión por la
comunidad científica interesada.
Resultados
Algunos tipos de encapsulado de ledes
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mailto:dfernadez@electrica.cujae.edu.cu
mailto:mcastro@electrica.cujae.edu.cu
mailto:asfuentefria@electrica.cujae.edu.cu
https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/light2006.pdf
http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7103167/
http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6967847/
http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6575764/
http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7912371/
http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4992973
http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7926233/
http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4992989
http://dx.doi.org/10.1063/1.4992989
http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7593385/
https://www.researchgate.net/publication/338867201