Gestionarea căldurii in instalatiile cu LED-uri si efectul asupra performantei acestora

Optimizarea Performanței LED-urilor: Ghidul Complet al Managementului Termic

În universul tehnologiei LED, gestionarea eficientă a căldurii este cheia pentru maximizarea performanței și longevității. Acest articol explorează cum temperatura de funcționare influențează LED-urile și oferă strategii practice pentru a asigura un management termic optim.

Impactul Temperaturii asupra Performanței LED-urilor

Temperatura de funcționare a unui LED afectează direct eficiența luminii emise, durata de viață și stabilitatea culorii. O temperatură ridicată în joncțiunea LED-ului poate duce la:

• Scăderea fluxului luminos și a eficienței
• Alterarea temperaturii de culoare și a redării culorilor
• Reducerea semnificativă a duratei de viață a LED-ului

Principii de Bază ale Managementului Termic

Managementul termic al LED-urilor începe cu designul intern al cipului și se extinde la întregul corp de iluminat. Principalele componente ale unui circuit termic eficient includ:

• Plăcuța LED: Servește ca prim punct de transfer termic de la cip la mediul exterior.
• PCB (Placa de Circuit Imprimat): Materialele PCB cu conductivitate termică ridicată facilitează disiparea căldurii.
• Radiatorul: Elementul cheie care disipează căldura acumulată în mediul ambiant.

Gestionarea Căldurii: Materiale și Design

Selectarea materialelor cu conductivitate termică înaltă este crucială. Aluminiul și cuprul sunt frecvent utilizate pentru plăcile LED și radiatoare datorită proprietăților lor termice superioare. Designul radiatorului trebuie să maximizeze suprafața de contact cu aerul, permitând o răcire eficientă.

Înțelegerea Rezistenței Termice

Rezistența termică, măsurată în °C/W, este un indicator al eficienței cu care un sistem poate transfera căldura de la sursa LED la mediul ambiant. Valori mai mici indică o gestionare termică mai eficientă. Optarea pentru LED-uri cu rezistență termică scăzută și utilizarea unui design optimizat al corpului de iluminat pot minimiza impactul negativ al căldurii.

Strategii de Optimizare

• Utilizarea de LED-uri de Înaltă Calitate: Alegerea LED-urilor de la producători renumiți, cum ar fi Nichia, care oferă performanțe superioare la temperaturi ridicate.
• Design Optimizat al Corpului de Iluminat: Incorporarea unui design care promovează circulația aerului și maximizează disiparea căldurii.
• Monitorizarea Temperaturii Ambiante: Asigurarea că temperatura ambientală nu depășește valorile recomandate pentru operarea eficientă a LED-urilor.
• Sisteme de Control al Temperaturii: Implementarea senzorilor și a sistemelor de control automat pentru a ajusta curentul și luminozitatea în funcție de temperatura detectată.

Exemplu practic:

Un exemplu simplu de circuit termic începe cu cipul LED, continuă prin intermediul plăcuței LED către PCB, radiator și în cele din urmă ambient.

Fiecare element al acestui lanț joacă un rol cheie în căldura generală, de modul in care ea este canalizata și are potențialul de a fi un blocaj, de a încetini lucrurile. Acest lucru trebuie prevenit prin alegerea echipamentului potrivit.

În cazul unui circuit termic, fiecare element împiedică să treacă o anumită căldură prin el, fenomen numit rezistență termică.

Rezistența termică este echivalentul unui echipament încet, într-o rețea de date. Pentru a avea o rezistență termică minimă sunt necesare materiale adecvate și un design inteligent.

Rezistența termică este măsurată în ° C / W. O valoare de 1°C / W înseamnă că pentru fiecare Watt de consum de energie LED, rezistența termică (căldură care nu este transferată) este de 1°C.

Să spunem că avem o banda cu 4 LED-uri (ca în imaginea de mai jos), fiecare cu un consum de energie de 1 Watt (Pled = 1 Watt, Ptotal = 4 Watt la 350mA).

Fiecare dintre diodele LED au o rezistență termică de 5°C / W (Rled). LED-urile sunt plasate pe placă de aluminiu și radiator, acestea având o rezistență termică totală de 15°C / W (Rhs)

În anumite puncte din circuitul termic (echivalent cu o rețea de date) sunt definite valori de temperatură. Pentru tabloul din exemplul nostru de mai jos sunt de interes:

• Tjonctiune (Tj)
• Tambient (Ta)

Cu aceste valori de temperatură putem descoperi cum va funcționa un LED (Flux Luminous Relativ) și ce durată de viață va avea (la L70). Ambele depind de temperatura din interiorul LED-ului, numită temperatură de joncțiune, o relație reprezentată de obicei în grafice ca cele de mai jos.

Să spunem că instalăm banda LED într-un corp de iluminat închis care funcționează într-un mediu cald. Aceasta poate însemna o temperatură ambiantă de 60°C (Ta). Vom calcula apoi temperatura de joncțiune (Tj) pentru a fi utilizată cu graficele de mai sus.

Tj = Ta + Ptotal * Rhs + Pled * Rled

Tj = 60°C + 4 W * 15°C / W + 1 W * 5°C

Tj = 60° C + 60°C + 5° C = 125 °C

Fiecare LED din banda va avea o temperatură de joncțiune de 125 ° C.

Aceste informații ne vor arăta diferența dintre performanța si durata de viata reale si cele pretinse, teoretice.

Dacă producătorul benzi de LED-uri susține că fiecare LED are 100 lumeni și 80.000 ore L70 durata de viață la o temperatură ambientală de 25° C, putem observa cu ușurință că există un decalaj intre real si teoretic. Cu calculele și graficele de mai sus, valorile realiste pentru fiecare LED sunt de 90 de lumeni și 30.000 de ore L70 de viață.

Imaginea nu este întotdeauna atât de bună. Există multe cazuri în care diferența dintre real și teoretic este enorma.

Mai jos sunt două exemple.

Figura 1: Un grafic de la un furnizor aleatoriu de pe Alibaba China. La 60°C ne uităm la o scădere a performanței de 40% a LED-urilor. Deși nu există date disponibile pe durata vieții, am putea presupune în siguranță că durata de viață L70 este în cel mult câteva mii de ore.

In concluzie, ar trebui să luăm întotdeauna în considerare temperatura ambientală relevantă pentru proiectul nostru, cât de bun este produsul cu LED la gestionarea căldurii și cum temperatura efectivă a joncțiunii afectează performanța și durata de viață a LED-ulor instalate.

Ar trebui, de asemenea, să subliniem că un preț scăzut înseamnă de obicei o performanță slabă a LED-urilor la temperaturi ridicate, gestionarea căldurii ineficiente și date absente, incomplete sau înșelătoare despre performanța și durata de viață a produsului în afara unei camere răcite de testare.

Managementul eficient al căldurii este esențial pentru exploatarea la maxim a potențialului LED-urilor. Prin urmărirea principiilor de design termic și alegerea componentelor adecvate, utilizatorii pot beneficia de iluminare de înaltă calitate, durabilă și eficientă energetic. Înarmat cu aceste cunoștințe, puteți asigura că sistemul dvs. de iluminat LED va funcționa la cele mai înalte standarde, oferind o lumină optimă pentru orice aplicație.