چگونه اتلاف گرما روی LEDهای{0} با روشنایی بالا تأثیر می گذارد؟

اتلاف حرارت LED به یک عامل کلیدی تبدیل شده است که به طور مستقیم بر عملکرد، طول عمر و قابلیت اطمینان تأثیر می گذارد. مدیریت حرارتی موثر تضمین می کند که گرمای بیش از حد به موقع از تراشه حذف می شود و از افت بازده و خرابی زودرس جلوگیری می کند. این مقاله با بررسی تاثیر دما بر عملکرد LED و روش‌های رایج مورد استفاده برای مدیریت حرارتی، اهمیت اتلاف حرارت LED را تحلیل می‌کند.

 

1. تأثیر دما بر عملکرد LED، طول عمر و قابلیت اطمینان

چراغ‌های LED معمولاً از تراشه‌های LED، سازه‌های اتلاف حرارت، درایورها و لنزهای نوری تشکیل شده‌اند. در میان این مولفه ها، سیستم مدیریت حرارتی نقش مهمی ایفا می کند. اگر گرمای تولید شده توسط LED نتواند به طور موثر دفع شود، دمای عملکرد تراشه افزایش می‌یابد که می‌تواند طول عمر کل وسایل روشنایی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

 

مدیریت حرارتی: یک چالش بزرگ برای ال‌ای‌دی‌های{0} با روشنایی بالا

مدیریت حرارتی یکی از مهم‌ترین مسائل در برنامه‌های- LED با روشنایی بالا است.

 

با توجه به محدودیت‌های دوپینگ نوع p-در مواد نیترید III{{1}، به‌ویژه حلالیت محدود گیرنده‌های منیزیم و انرژی فعال‌سازی نسبتاً بالای سوراخ‌ها، گرما تمایل دارد در ناحیه نوع p-دستگاه جمع شود. این گرما باید از کل ساختار دستگاه عبور کند قبل از اینکه از طریق هیت سینک پخش شود.

 

در دستگاه های LED، گرما عمدتاً از طریق رسانش حرارتی و همرفت منتقل می شود. با این حال، رسانایی حرارتی پایین برخی از مواد زیرلایه می تواند مقاومت حرارتی دستگاه را به طور قابل توجهی افزایش دهد و منجر به اثر خود{1}}گرمایشی قوی شود. این گرمای بیش از حد می تواند اثرات منفی شدیدی بر عملکرد LED، پایداری و قابلیت اطمینان طولانی مدت داشته باشد.

 

 

تأثیر گرما بر-ال ای دی های با روشنایی بالا

از آنجایی که گرما در یک منطقه بسیار کوچک تراشه متمرکز می شود، افزایش دمای تراشه می تواند منجر به توزیع ناهموار تنش حرارتی، کاهش راندمان نوری و راندمان پایین تر تحریک فسفر شود. هنگامی که دما از یک آستانه خاص فراتر رود، میزان خرابی دستگاه به طور تصاعدی افزایش می یابد.

 

داده های آماری نشان می دهد که به ازای هر 2 درجه افزایش دمای قطعه، قابلیت اطمینان حدود 10 درصد کاهش می یابد. هنگامی که چندین LED به طور متراکم چیده می شوند تا یک سیستم روشنایی نور سفید- را تشکیل دهند، چالش اتلاف گرما حتی شدیدتر می شود. بنابراین، مدیریت حرارتی موثر به یک پیش نیاز برای کاربرد عملی ال ای دی های- با روشنایی بالا تبدیل شده است.

 

 

رابطه بین اندازه تراشه و اتلاف گرما

مستقیم ترین راه برای افزایش روشنایی یک صفحه نمایش LED با قدرت{{0}بالا، افزایش توان ورودی است. با این حال، برای جلوگیری از اشباع در لایه فعال، اندازه اتصال PN نیز باید متناسب با آن افزایش یابد. در حالی که افزایش توان ورودی می تواند روشنایی را افزایش دهد، به ناچار دمای اتصال را افزایش می دهد که به نوبه خود کارایی کوانتومی را کاهش می دهد.

 

توانایی افزایش قدرت یک دستگاه LED تا حد زیادی به ظرفیت آن برای انتقال گرما از محل اتصال PN بستگی دارد. اگر مواد تراشه، ساختار دستگاه، فرآیند بسته‌بندی، چگالی جریان و شرایط اتلاف گرما بدون تغییر باقی بمانند، صرفاً افزایش اندازه تراشه همچنان منجر به افزایش مداوم دمای محل اتصال در ناحیه اتصال می‌شود.

 

2. روش های متداول اتلاف حرارت LED

برای حفظ عملکرد پایدار و افزایش طول عمر ال‌ای‌دی‌های{0} با روشنایی بالا، معمولاً از راه‌حل‌های مدیریت حرارتی مختلف در طراحی روشنایی LED استفاده می‌شود.

 

پره های هیت سینک آلومینیومی

این روش پرکاربردترین روش اتلاف حرارت است. پره های هیت سینک آلومینیومی در محفظه لامپ تعبیه شده اند تا مساحت سطح را برای اتلاف گرما افزایش دهند و اجازه می دهند گرما به طور موثرتر به هوای اطراف منتقل شود. مانندزیر نور خلیج بالاطراحی:

 

 

محفظه پلاستیکی رسانای حرارتی

پلاستیک رسانای حرارتی را می توان به عنوان جایگزینی برای آلیاژهای آلومینیوم برای ساختار هیت سینک استفاده کرد. این ماده ضمن بهبود عملکرد تشعشع حرارتی، عایق الکتریکی را ارائه می دهد و به اتلاف گرما به طور موثرتر کمک می کند.

 

پرتو درمانی سطحی

سطح محفظه لامپ را می توان با پوشش های تابش حرارتی درمان کرد. اعمال رنگ اتلاف حرارتی ویژه اجازه می دهد تا گرما از سطح لامپ از طریق انتقال حرارت تابشی آزاد شود.

 

طراحی آیرودینامیک

با بهینه سازی شکل و ساختار محفظه لامپ، جریان هوا را می توان برای ارتقای همرفت طبیعی افزایش داد. این روش اتلاف گرما را با هزینه بسیار کم بهبود می بخشد و به طور گسترده در محصولات روشنایی LED استفاده می شود.

 

فن های خنک کننده

برخی از وسایل روشنایی از فن‌های-با کارایی بالا و-طولانی در داخل محفظه برای افزایش اتلاف گرما استفاده می‌کنند. اگرچه این راه حل مقرون به صرفه و کارآمد است، اما نیاز به تعمیر و نگهداری دارد و به طور کلی برای روشنایی در فضای باز مناسب نیست، بنابراین کمتر در وسایل فضای باز استفاده می شود.

 

فناوری لوله های حرارتی

لوله های حرارتی گرما را از تراشه LED به پره های هیت سینک خارجی انتقال می دهند و راندمان انتقال حرارت را به طور قابل توجهی بهبود می بخشند. این طرح معمولاً در وسایل روشنایی بزرگ مانند چراغ های خیابانی استفاده می شود.

 

فناوری لامپ مایع برای اتلاف حرارت LED

فناوری بسته بندی لامپ مایع، لامپ را با یک مایع شفاف با رسانایی حرارتی بالا پر می کند. این اجازه می دهد تا گرما از طریق سطح ساطع کننده نور تراشه LED پخش شود و آن را به یکی از معدود روش هایی تبدیل می کند که خروجی نور و انتقال حرارت از سطح تراشه را ترکیب می کند.

 

استفاده از پایه لامپ

در لامپ‌های ال‌ای‌دی خانگی کوچک و کم مصرف، طراحان اغلب از فضای داخلی پایه لامپ با قرار دادن بخشی یا تمام مدارهای درایور{1}} تولیدکننده گرما در داخل آن استفاده می‌کنند. این اجازه می دهد تا پایه لامپ-مانند یک پایه پیچ-با سطح فلزی نسبتاً بزرگ-به دفع گرما کمک کند. از آنجایی که پایه در تماس نزدیک با الکترودهای فلزی سوکت و سیم‌کشی منبع تغذیه است، بخشی از گرما را می‌توان از طریق این ساختار هدایت کرد.

 

 

طراحی هدایت حرارتی

هدف از سیستم اتلاف حرارت محفظه لامپ کاهش دمای کارکرد تراشه LED است. با این حال، ضریب انبساط حرارتی تراشه‌های LED به طور قابل‌توجهی با ضریب انبساط حرارتی مواد رسانای حرارت فلزی متداول{1} متفاوت است. در نتیجه، تراشه‌های LED را نمی‌توان مستقیماً به سینک‌های حرارتی فلزی لحیم کرد، زیرا استرس حرارتی ناشی از نوسانات دما می‌تواند به تراشه آسیب برساند.

 

مواد سرامیکی جدید{0}}حرارتی-رسانایی بالا راه حل امیدوارکننده ای ارائه می دهند. هدایت حرارتی آنها نزدیک به آلومینیوم است و ضریب انبساط حرارتی آنها را می توان برای مطابقت با تراشه های LED تنظیم کرد. این اجازه می دهد تا هدایت حرارتی و اتلاف گرما یکپارچه شود و مراحل انتقال حرارت متوسط ​​را کاهش دهد و راندمان حرارتی کلی را بهبود بخشد.

 

مواد پی وی سی بهبود یافته

مواد پی وی سی اصلاح شده با خواص هدایت حرارتی را می توان در فرآیندهای کپسوله سازی ثانویه استفاده کرد که به بهبود انتقال حرارت و پایداری ساختاری در برخی از کاربردهای روشنایی LED کمک می کند.

 

نتیجه گیری

طراحی مدیریت حرارتی یک سیستم LED با روشنایی بالا، مستقیماً کارایی نورانی، عمر مفید و پایداری عملیاتی آن را تعیین می‌کند. از پره‌های هیت سینک آلومینیومی سنتی گرفته تا فناوری‌های جدیدتر مانند پلاستیک‌های رسانای حرارتی و خنک‌کننده همرفت مایع، راه‌حل‌های اتلاف گرما همچنان به تکامل و بهبود ادامه می‌دهند.

 

تنها با پرداختن مؤثر به چالش‌های اتلاف حرارت LED، تولیدکنندگان می‌توانند به طور کامل به مزایای فناوری LED پی ببرند که عملکرد روشنایی پایدار، کارآمد و قابل اعتماد را در طیف گسترده‌ای از کاربردها ممکن می‌سازد.