Температурний режим білих світлодіодів
Більшість світлодіодів, в звичному розумінні, як здається не виділяють відчутного тепла на відміну від багатьох інших джерел світла, але це не так. Насправді, правильний температурний режим, можливо, найважливіша сторона конструкції світлодіодним системи. Особливо це актуально для світлодіодів освітлення, коли в світильнику зосереджена велика кількість досить потужних випромінювачів. У цій статті розглядається роль тепла в ефективності світлодіодів.
Всі джерела світла перетворюють електричну енергію в енергію випромінювання і тепла в різних пропорціях. Лампи розжарювання випромінюють в основному інфрачервоне (ІЧ) випромінювання з невеликою кількістю видимого світла. Флуоресцентні і металогалогенні джерела конвертують більшу частку енергії у видиме світло, але також випромінюють в інфрачервоній (ІЧ), ультрафіолетової (УФ), і теплової областях спектра. Світлодіоди виробляють мало, або взагалі не випромінюють ІК або УФ енергію, але конвертують тільки 20% -30% потужності в видиме світло. Інша потужність перетвориться в тепло, яке повинно бути відведено з світлодіодного корпусу за допомогою основної друкованої плати і радіатора, корпуси, або елементів рами світильника. Наведена нижче таблиця показує приблизні пропорції, в якій енергія споживаної потужності перетворюється в тепло і енергію випромінювання, включаючи видиме світло, для різних поліхромних (білих) джерел світла.
Оцінка коефіцієнта перетворення потужності, для "білих" джерел світла
Лампи розжарювання †
(60 Вт)
Чому питання теплового режиму так важливий?
Надмірне тепло безпосередньо впливає як на поточну ефективність, так і на зміну ефективності з плином часу напрацювання. Короткочасні (оборотні) ефекти - це зміщення кольору і зниження світловіддачі, в той час як довготривалий ефект - це прискорене зниження світлового виходу і тим самим скорочення терміну корисного використання світлодіода.
Час безперервної роботи при підвищеній температурі значно прискорює процес зниження яскравості (деградацію), що призводить в результаті до скорочення терміну корисного використання. Графік нижче показує світловий потік протягом довгого часу (експериментальні дані до 10000 годин і екстраполяція за її межами) для двох однакових світлодіодів при однаковому струмі, але з різницею температури чіпа в 11 ° C. Розрахунковий термін служби (визначається на рівні зниження світлового потоку на 70%) зменшився з орієнтовно 37000 годин, до 16 000 годин (57% зміни) при підвищенні температури на 11 ° C.
Проте, виробники продовжує покращувати довговічність світлодіодів при більш високих робочих температурах. Наприклад, виробники потужних білих світлодіодів зазвичай оцінюють термін служби близько 50000 годин при 70% -му зниженні світлового потоку, при температурах чіпа не вище 100 ° C.
Що визначає температуру світлодіодного чіпа?
Три причини впливають на температуру чіпа світлодіода в першу чергу: керуючий струм, ефективність тепловідведення і температура навколишнього середовища. В цілому, чим вище керуючий струм, тим більше тепловиділення. Тепло має бути відведено від чіпа, щоб зберегти очікуваний світловий потік, колір і термін служби. Кількість тепла, яке може бути видалено з системи, залежить від температури навколишнього середовища і конструкції тепловідведення.
Типова світлодіодна система високої потужності складається з випромінювача, друкованої плати на металевій основі (MCPCB), а також зовнішнього радіатора. Випромінювач містить світлодіодний чіп, оптику з герметизуючим компаундом, теплопровідну підкладку (використовується для відводу тепла від чіпа), і припаяний до MCPCB. MCPCB - це особливий різновид друкованої плати з тонким діелектричним шаром на металевій підкладці (зазвичай з алюмінію). MCPCB механічно закріплюється на зовнішньому радіаторі, який може являти собою пристрій, інтегроване в дизайн світильника. У деяких випадках, роль радіатора виконує несучий корпус світильника. Розмір радіатора залежить від кількості тепла, яке повинно бути розсіяно і теплофізичних властивостей матеріалу.
