ال ای دی و لزوم دفع حرارت
ال ای دی یک دشمن شناخته شده دارد که طول عمر آنرا کم می کند و آن گرماست. همانطور که می دانید، گرما یکی از نشانه های کارکرد دستگاه ها است. موتورها، لامپ ها و هر دستگاهی که انرژی الکتریکی مصرف می کند، بخشی از آنرا به گرما تبدیل می کند. اما دمای غیر استاندارد، محصولاتی مانند لامپ ال ای دی و انواع پروژکتور ال ای دی را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد. دفع حرارت ال ای دی در تجهیزات روشنایی و نورپردازی یک امر مهم و تخصصی است. در این مقاله می خواهیم به بررسی این موضوع بپردازیم.
مقایسه منبع حرارت در خورشید ، لامپ هالوژن و لامپ ال ای دی:
حرارت نور خورشید باعث می شود احساس خوبی پیدا کنیم. همچنین می دانیم که لامپ های هالوژنی و رشته ای هم حرارت زیادی به همراه خود دارند. مقدار زیادی از این گرما، به علت اشعه های مادون قرمزی است که در طیف نور آن ها وجود دارد. به این ویژگی اصطلاحا پرتو گرم یا Warm beam می گویند.
اما جالب است بدانید که در لامپ ال ای دی و لامپ فلوئورسنت ، میزان اشعه مادون قرمز بسیار کم تر از دیگر لامپ ها است. این لامپ ها دارای پرتو سرد یا Cool beam هستند. در نمودار spectrum زیر، طیف نور سه تکنولوژی LED ، هالوژن و فلوئورسنت با طیف خورشید مقایسه شده است.
نمودار آبی رنگ مربوط به نور LED ، نمودار سبز رنگ مربوط به نور فلوئورسنت ، نمودار بنفش برای نور هالوژن و نمودار زرد مربوط به نور خورشید است. همانطور که مشاهده می کنید، نور ال دی دی و فلوئورسنت ، بیشتر در طیف نور مرئی هستند.
بنابراین می توان گفت: ((اگرچه راندمان LED زیاد است و انرژی گرمایی کمتری نسبت به دیگر تکنولوژی های روشنایی ایجاد می کند، اما گرمای ایجاد شده را نمی تواند به صورت پرتوی گرم از خود خارج کند. به همین دلیل، یکی از نکات جالب در طراحی لامپ ال ای دی ، دفع حرارت ال ای دی ها می باشد.
اگر به این بحث علاقه مندید پیشنهاد می کنیم مقاله آقای ویکتور آدریان فلوریو را مطالعه کنید. ایشان یکی از متخصصان آلمانی در صنعت LED هستند و ما هم در قسمت های مختلفی از این مقاله از نتایج تحقیقات ایشان استفاده کردیم.
پروژکتور ال ای دی و سایر چراغ های ال ای دی ، به چه دلیل گرم می شوند؟
LED ها مانند سایر منابع نور نیاز به انرژی الکتریکی دارند و هر دستگاهی که انرژی الکتریکی مصرف می کند گرم می شود. اما اگر بخواهیم یک دلیل تخصصی تر برای حرارت LED بیاوریم باید بگوییم: (( انرژی مصرفی در یک LED ، صرف شکستن کانال نیمه هادی یا پیوند های P-N می شود که پس از آن به انرژی نوری و گرمایی تبدیل می گردد.))
البته دلایل فیزیکی و معادلات مفصل فیزیک نیمه هادی در حیطه ی علمی این مقاله نمی گنجد و به زودی یک مقاله مناسب توسط گروه نورپردازی نورنگار منتشر خواهد شد. همچنین گرمای حاصل از مدار درایور LED هم باعث افزایش دمای پروژکتور ال ای دی است. به همین دلیل درایور ال ای دی باید راندمان بالایی داشته باشد تا گرمای زیادی تولید نکند.
اگر حرارت ال ای دی به خوبی منتقل نشود چه اتفاقی می افتد؟
حرارت ال ای دی در صورت به دام افتادن می تواند منجر به خسارات زیر شود:
– LED ها ممکن است به طور کامل بسوزند.
-احتمال دارد مقدار نورخروجی آنها برای همیشه کاهش یابد (حتی اگر مشکل دفع حرارت ال ای دی حل شود).
– با افزایش حرارت، مقدار نورخروجی ال ای دی ها به طور موقت کاهش می یابد.
– رنگ نور نرمال LED برای همیشه تغییر می کند. در این مورد اگر خرابی شدید باشد، با چشم غیر مسلح هم می توانیم متوجهِ تغییر رنگ نور (یا اصطلاحا دمای رنگ) بشویم. البته دمای رنگ تمام LED ها با گذشت چند سال از کارکرد آنها کمی تغییر می کند. یکی از مزایای استفاده از LED مرغوب این است که این تغییر رنگ بسیار ناچیز است.
پروژکتور ال ای دی و لامپ ال ای دی ، باید طوری طراحی شوند که حرارت اضافی را سریعا به محیط منتقل کنند.
کلیدی ترین قسمت در هر LED چیپ ( LED chip ) نام دارد. چیپ در حقیقت یک مربع برش خورده از مجموعه کانال های P-N کوچک می باشد. در هنگام تولید LED ، چیپ بر روی یک قطعه فلزی نصب میشود تا حرارت آن به سرعت دفع گردد. اما این قطعه بسیار کوچک است و توان دفع حرارت ال ای دی را ندارد. بنابراین ، طراحان محصولات LED ، باید یک قطعه فلزی (از جنس آلومینیم) را برای دفع حرارت ال ای دی بسازند. نام قطعه رادیاتور یا هیت سینک (Heat sink) است.
طراحی هیت سینک، یکی از فعالیت های جالب در رشته مهندسی مکانیک سیالات است. LED ها برای تبادل بهتر حرارت، بر روی یک مدار چند لایه آلومینیمی مونتاژ می شوند. نام این مدار PCB است. علاوه بر تغذیه LED ها، وظیفه این مدار انتقال حرارت از بخش فلزی LED به هیت سینک پروژکتور می باشد.
برای افزایش سطح تماس فلز و تبادل حرارت بهتر، از خمیر سیلیکون استفاده می شود.
محل اتصال ال ای دی به PCB و همچنین سطح تماس PCB به هیت سینک، با یک لایه نازک از خمیر سیلیکون آغشته می شود. این خمیر با افزایش ضریب رسانایی گرمایی در بین دو سطح فلزی، باعث تبادل حرارتی بهتر می شود. خمیر سیلیکون سطوح متخلخل میکروسکوپی فلز را پر می کند.
در پروژکتور LED ، بدنه پروژکتور نقش هیت سینک را دارد.
هیت سینک در لامپ ال ای دی، یک قطعه جداگانه آلومینیمی است که به PCB پیچ می شود. در حالیکه برای تجهیزات روشنایی Outdoor ، بدنه چراغ ال ای دی از آلومینیم ساخته می شود. نور پروژکتور LED بیشتر از لامپ LED است و البته گرمای بیشتری هم تولید می کند. به همین دلیل است که پروژکتور ال ای دی و چراغ دفنی و سایر تجهیزات Outdoor بدنه سنگین فلزی دارند(هیت سینک بزرگتر).
در شکل بالا مسیر انتقال گرما را مشاهده می کنید. به طور خلاصه، گرما در چیپِ LED تولید می شود و به هیت سینکِ کوچکِ LED منتقل می گردد. هیت سینک گرما را به مدار ( PCB ) انتقال می دهد. PCB که بر روی هیت سینک اصلی پیچ شده است، حرارت را به آن منتقل می کند. در نهایت بر اثر جریان هوای محیط بین پره های هیت سینک، گرما به محیط منتقل می گردد. این چرخه تکرار می شود و باعث کارکرد نرمال ال ای دی می گردد.
دفع حرارت ال ای دی در محصولات نورپردازی نورنگار چگونه است؟
پروژکتور LED : جنس کیس پروژکتور از آلومینیم است. بدنه پروژکتور ال ای دی به دو روش دایکست و ریخته گری ریژه تولید می شود. اگر به پروژکتور های ال ای دی دقت کرده باشید، پشت کیس آنها به صورت پره پره قالب خورده است تا بیشترین سطح تماس را با هوا داشته باشد.
چراغ دفنی : کیس چراغ دفنی به صورت استوانه ای شکل (با آلومینیم ریخته گری شده) ساخته می شود. جریان هوا در زیر خاک چندان مناسب نیست. به همین دلیل چراغ دفنی نورنگار، علاوه بر ضد آب بودن، بدنه آلومینیمی ضخیمی دارد تا بتواند بیشتر حرارت تولید شده را به خود جذب کند.
وال واشر : مدار الکترونیکی والواشر ها بر روی یک پروفیل آلومینیمی پیچ می شود. بنابراین ، حرارت از طریق این بدنه به هوای مجاور منتقل می گردد.
چراغ استخری و چراغ آبنما : چراغ استخری، مقاوم ترین چراغ LED در برابر آب است. در چراغ استخری، بهترین تبادل حرارت انجام می شود زیرا گرمای تولید شده به بدنه آلومینیمی منتقل می شود و از این طریق با آب تبادل حرارت دارد. آب یکی از بهترین خنک کننده ها است.
اثر گرما بر کدام LED ها بیشتر است؟
بر اساس آنچه در مشخصات LED ها آمده، اثر گرما بر ال ای دی های (سبز، آبی و سفید رنگ) کم تر از ال ای دی (قرمز و زرد) می باشد.
مقالات دیگری که شرکت نورنگار برای علاقه مندان به تکنولوژی پروژکتور LED در وبسایت قرار داده است:
* پنج تکنولوژی کلیدی که در ساخت پروژکتور ال ای دی به کار رفته است.
* آیا پروژکتور ال ای دی ضد آب وجود دارد.
* انواع پروژکتور Power LED , COB , SMD
* مقایسه سیستم های نورپردازی RGB و RGB DMX
