Електричний компонент, який використовується для випромінювання світла в простір, називається освітлювальним приладом. У освітлювальному бізнесі часто використовуються слова «високе освітлення» та «низьке освітлення», які в основному визначають площу та висоту стель. Освітлювальний прилад, який називається високим світильником, призначений для промислових об’єктів, які підносяться над землею або робочою поверхнею. Застосування високого освітлення може включати системи освітлення, створені для використання у «високих приміщеннях», таких як склади, промислові підприємства, значні торговельні заклади, спортивні арени тощо, де стеля може бути 30 футів або вище.
Порівняно зі звичайними HID-світильниками для високих відсіків, світлодіодні світильники для високих відсіків забезпечують низку переваг, у тому числі знижене споживання енергії, кращу вихідну потужність при більших струмах керування, довший термін служби, підвищену міцність, менший розмір, швидше перемикання, а також виняткову довговічність і надійність. Однак ускладнення, спричинені перегрівом світлодіодів, є серйозною проблемою з використанням твердотільного освітлення.
Джерелом тепла і світла є світлодіод
Напівпровідниковий діод є основою твердотільних освітлювальних приладів, які представлені світлодіодами. Електрони та дірки знову з’єднуються, коли діод прямо зміщений (активований або ввімкнений), вивільняючи енергію у формі світла. Ці оптоелектронні пристрої виробляють тепло внаслідок перетворення енергії на світло, яке, якщо йому дозволити накопичуватися, може підвищити робочу температуру, що призведе до погіршення ефективності та раннього виходу з ладу. Здатність контролювати температуру переходу та досягати ідеальної стаціонарної робочої температури часто визначає продуктивність світлодіода. гірша світловіддача, гірша ефективність світильника, домінуюча довжина хвилі та навіть менший очікуваний термін служби часто пов’язані з вищою температурою переходу. Температура переходу світлодіода має значний вплив як на його загальну ефективність, так і на термін служби L70. Для світлодіодів із нітриду галію (GaN) тривалість служби може бути зменшена на 10 кілогодини (1000 годин) за кожні 10 градусів підвищення температури переходу (понад 25 градусів). Ефективність світлодіодів знизиться більш ніж на 10 відсотків, якщо температуру переходу підняти з 40 градусів до 70 градусів. Щоб підтримувати продуктивність і регулювати робочу температуру світлодіодного світильника для певної зміни температури переходу та температури навколишнього середовища, необхідно розробити відповідні рішення для управління температурою.
Місця з високою температурою навколишнього середовища вимагають високого освітлення
Освітлювальні прилади часто встановлюються під стелею або біля неї у високих будівлях. Для забезпечення достатнього освітлення в цих лампах зазвичай використовуються потужні світлодіоди. Електричний струм, який пропускає світлодіод, і робоча температура світлодіода впливають на кількість світла, яке він виробляє. Високі електричні сигнали приводу можна використовувати для керування світлодіодами з високим світловим потоком, однак це часто призводить до того, що світлодіоди працюють при високих температурах. Крім того, застосування з високими відсіками зазвичай працює в умовах, які є більш корозійними та суворими, ніж застосування з низькими відсіками. Особливо на таких виробничих підприємствах, як металургійні заводи, ливарні цехи та заводи з виробництва скла, висока температура навколишнього середовища може мати високу температуру, більше пилу в повітрі та часток масла. Світлодіод може бути пошкоджений теплом, яке виробляється супровідною схемою під час роботи в корпусі з невеликим простором та/або в середовищі з високою температурою навколишнього середовища.
У зв’язку з цим надзвичайно важливо контролювати тепло, яке виділяється всередині світлодіодного світильника, використовуючи потужне освітлення в місцях із високою температурою навколишнього середовища. Керування температурою означає здатність системи відводити від високого світильника надлишок тепла, який накопичується на з’єднанні, що часто може погіршити люмінофор і скоротити термін служби лампи. Завдяки використанню преміальних матеріалів світильників, покращеним конструкціям розсіювання тепла та навіть датчикам температури, які автоматично зменшують світло, коли накопичується занадто багато тепла, виробники світлодіодів постійно вдосконалюють свої конструкції для вищих температур.
Використовуйте високоякісні світлодіоди, щоб вижити
Загалом, високоякісні світлодіоди є довговічними компонентами, які можуть працювати в жаркому середовищі. Наприклад, світлодіоди CREE XM-L можуть працювати при температурі переходу до 150 градусів. Відносна світловіддача світлодіодних світильників падає всього на 10 відсотків при температурі навколишнього середовища 60 градусів порівняно з відносною світловіддачею при 25 градусах. Термічний опір — це термін, який використовується для опису загальної здатності пристрою передавати тепло в секторі світлодіодів. З'єднання для розповсюдження тепла та упаковка самих світлодіодів були розроблені з мінімальним тепловим опором. Максимальна потужність, яка може розсіюватися в корпусі світлодіодів, залежить від його теплового опору, а також від максимальної робочої температури. Термічний опір між світлодіодним переходом і навколишнім повітрям визначає максимальний прямий струм. висока температура спаю світлодіодів є результатом великого накопичення тепла всередині світлодіодів із сильним тепловим опором. Коли це відбувається, наслідки зростання температури переходу в світлодіоді можуть врівноважувати ефекти зростання прямого струму, змушуючи світлодіод підтримувати або навіть знижувати рівень світловіддачі, незважаючи на збільшення прямого струму. Щоб максимізувати термін служби світильника та оптичні властивості, вкрай важливо, щоб світильник був сконструйований таким чином, щоб мінімізувати опір тепла від місця пайки до навколишнього середовища. Сімейство OSLON Square LED, представлене компанією OSRAM Opto Semiconductors, має низький термічний опір лише 3,8 К/Вт, що особливо добре працює за високих температур навколишнього середовища та може досягати терміну служби значно більше ніж 50 000 годин навіть за високих температура до 135 градусів в світлодіоді. Завдяки постійному струму з температурою переходу, що підтримується на рівні 120 градусів або нижче, білі світлодіоди Lumileds LUXEON K2 забезпечують підтримку 70 відсотків світлового потоку за 50{17}} годин роботи при прямому струмі 1000 мА. Він може працювати з невеликими вихідними втратами при температурах переходу до 150 градусів.
Контроль температури: вирішальний аспект продуктивності системи
Ефективна теплова конструкція має важливе значення для промислових освітлювальних приладів, особливо для високих відсіків у стилі НЛО, де схеми та світлодіоди розміщені в закритому корпусі, щоб знизити робочу температуру таких оптоелектронних пристроїв, одночасно підвищуючи продуктивність і надійність. Коли справа доходить до конструкцій з високими відсіками, тепловідвід, який часто є інтегрованим корпусом світильника, є головним акцентом теплової конструкції. Кожне з'єднання світлодіодів і корпус драйвера призначені для охолодження радіатором. Щоб збільшити площу поверхні радіатора та сприяти більш високому конвективному теплообміну з навколишнім повітрям, радіатори часто виготовляються з теплопровідного матеріалу, наприклад металу, і мають ребра або канали. Можлива вбудована термовентиляційна камера, яка вливається в корпус. Склад матеріалу та фактори навколишнього середовища впливають на теплопровідність багатоярусного корпусу. Теплопровідність — ще один метод видалення відпрацьованого тепла, який базується на геометрії компонентів системи. Будь-який матеріал з високою теплопровідністю може бути використаний для виготовлення радіаторів, включаючи, але не обмежуючись ними, мідь, алюміній і металеві сплави. Незважаючи на те, що мідь має теплопровідність не менше 400 Вт/мК. Завдяки своїй відносно високій теплопровідності та простоті виготовлення алюміній є металом, обраним для радіаторів. Алюмінієвий корпус може мати акрилове порошкове покриття, нанесене як на внутрішню, так і на зовнішню поверхні для покращення розсіювання тепла та стійкості до корозії.
