O componentă electrică folosită pentru a emite lumină într-un spațiu este denumită corp de iluminat. Cuvintele „high bay” și „low bay” de iluminat, care definesc în principal zona și înălțimea tavanelor implicate, sunt folosite frecvent în domeniul iluminatului. Un corp de iluminat numit corp de iluminat înalt este realizat pentru șantierele industriale care sunt ridicate deasupra solului sau a unei suprafețe de lucru. Aplicațiile pentru iluminatul înalte pot include sisteme de iluminat făcute pentru a fi utilizate în „gouri înalte”, cum ar fi depozite, fabrici industriale, unități de vânzare cu amănuntul considerabile, arene sportive sau altele asemenea, unde tavanele pot fi de 30 de picioare sau mai mult.
În comparație cu compartimentele înalte HID convenționale, corpurile de iluminat cu LED înalte oferă o serie de beneficii, inclusiv consum redus de energie, ieșiri mai bune la curenți de conducere mai mari, durată de viață mai lungă, robustețe sporită, dimensiuni mai mici, comutare mai rapidă și durabilitate și fiabilitate excepționale. Cu toate acestea, complexitățile cauzate de supraîncălzirea LED-urilor reprezintă o problemă serioasă cu utilizarea iluminatului cu stare solidă.
Sursa de căldură și lumină este LED
Dioda semiconductoare este baza dispozitivelor de iluminat în stare solidă, care sunt reprezentate de diode emițătoare de lumină. Electronii și găurile se reunesc atunci când dioda este polarizată direct (activată sau pornită), eliberând energie sub formă de lumină. Aceste dispozitive optoelectronice produc căldură ca o consecință a transformării energiei în lumină, care, dacă este lăsată să se acumuleze, ar putea crește temperatura de lucru, ducând la deteriorarea eficienței și la defecțiuni timpurii. Capacitatea de a controla temperatura unei joncțiuni și de a atinge temperatura ideală de funcționare stabilă determină adesea performanța unui LED. o putere de lumină mai slabă, o eficiență mai slabă a corpurilor de iluminat, o lungime de undă dominantă și o speranță de viață chiar mai scurtă sunt adesea corelate cu o temperatură mai mare a joncțiunii. Temperatura de joncțiune a LED-ului are o influență considerabilă atât asupra eficienței sale generale, cât și asupra duratei de viață a L70. Pentru un LED cu nitrură de galiu (GaN), durata de viață poate fi redusă cu 10 kHrs (1000 ore) pentru fiecare creștere cu 10 grade a temperaturii joncțiunii (peste 25 grade). Eficiența LED-urilor va scădea cu mai mult de 10 la sută dacă temperatura de joncțiune crește de la 40 de grade la 70 de grade. Pentru a menține performanța și pentru a regla temperatura de funcționare a dispozitivului LED pentru o anumită modificare a temperaturii joncțiunii și a temperaturii ambientale, trebuie concepute soluții adecvate de management termic.
Zonele cu temperaturi ambientale ridicate necesită iluminare înaltă
Corpurile de iluminat sunt adesea montate la sau aproape de tavan în clădirile înalte. Pentru a oferi o iluminare adecvată, în aceste lămpi sunt utilizate în mod obișnuit LED-uri de mare putere. Curentul electric dat unui LED și temperatura de funcționare a LED-ului afectează cât de multă lumină o produce. Semnalele electrice ridicate de acționare pot fi utilizate pentru a acționa LED-uri cu flux luminos ridicat, cu toate acestea, în mod frecvent, LED-urile funcționează la temperaturi ridicate. În plus, aplicațiile înalte funcționează în mod obișnuit în setări care sunt mai corozive și mai severe decât aplicațiile joase. În special în instalațiile de producție, cum ar fi fabricile de oțel, turnătoriile și fabricile de producție de sticlă, setările înalte pot avea temperaturi ambientale mai mari, mai mult praf în aer și particule de ulei. Un LED poate fi deteriorat de căldura produsă de circuitele însoțitoare în timpul lucrului într-o carcasă cu un spațiu mic și/sau într-un mediu cu temperaturi ambientale ridicate.
Drept urmare, este esențial să gestionați căldura produsă în interiorul luminii cu LED-uri în timp ce utilizați iluminare de mare putere în zonele cu temperaturi ambientale ridicate. Managementul termic se referă la capacitatea unui sistem de a elimina de pe corpul înalt surplusul de căldură care se acumulează la joncțiune, ceea ce în mod frecvent poate deteriora fosforul și poate scurta durata de viață a lămpii. Cu utilizarea materialelor premium pentru corpuri de iluminat, a design-urilor îmbunătățite de disipare a căldurii și chiar a senzorilor de temperatură care scad automat luminile atunci când se acumulează prea multă căldură, producătorii de LED-uri își îmbunătățesc întotdeauna designul pentru temperaturi mai mari.
Folosește LED-uri de înaltă calitate pentru a supraviețui
În general, LED-urile de înaltă calitate sunt componente durabile care pot funcționa în medii calde. De exemplu, LED-urile CREE XM-L pot funcționa la o temperatură de joncțiune de până la 150 de grade. Puterea relativă de lumină a corpurilor de iluminat cu LED scade cu doar 10% la temperaturi ambientale de 60 de grade, în comparație cu puterea relativă de lumină la 25 de grade. Rezistența termică este un termen folosit pentru a descrie capacitatea totală a unui dispozitiv de a transporta căldură în sectorul LED. Conexiunea de împrăștiere a căldurii și ambalajul LED-urilor în sine au fost proiectate cu căi de rezistență termică minime. Puterea maximă care poate fi disipată într-un pachet LED depinde de rezistența sa termică, precum și de temperatura maximă de lucru. Rezistența termică dintre joncțiunea LED-ului și aerul înconjurător determină curentul maxim direct. temperaturile puternice ale joncțiunii LED-urilor rezultă din acumularea mare de căldură în interiorul LED-urilor cu rezistență termică puternică. Când se întâmplă acest lucru, efectele creșterii temperaturii joncțiunii în LED-uri pot echilibra efectele creșterii curentului direct, determinând LED-ul să mențină sau chiar să scadă nivelul de ieșire a luminii în ciuda creșterii curentului direct. Pentru a maximiza durata de viață a corpului de iluminat și proprietățile optice, este esențial ca corpul de iluminat să fie construit într-un mod care să minimizeze rezistența la căldură de la punctul de lipire la mediu. Familia OSLON Square LED, prezentată de OSRAM Opto Semiconductors, are o rezistență termică scăzută, de doar 3,8 K/W, care funcționează deosebit de bine la temperaturi ambientale ridicate și poate atinge o durată de viață semnificativ mai mare de 50,000 ore chiar și la temperaturi ridicate. temperaturi de până la 135 de grade în LED. Pe baza funcționării în curent constant cu temperatura joncțiunii menținută la sau sub 120 de grade , LED-urile albe Lumileds LUXEON K2 oferă menținere de 70% lumen la 50,000 ore de funcționare la un curent direct de 1000 mA. Poate funcționa cu pierderi mici de ieșire la temperaturi de joncțiune de până la 150 de grade.
Controlul termic: un aspect crucial al performanței sistemului
Un design termic eficient este esențial pentru corpurile de iluminat industriale, în special pentru locațiile înalte în stil OZN, unde circuitele și LED-urile sunt plasate într-o carcasă închisă, pentru a reduce temperatura de funcționare a unor astfel de dispozitive optoelectronice, sporind în același timp performanța și fiabilitatea. Când vine vorba de design-uri înalte, radiatorul – care este adesea o carcasă integrată a corpurilor de iluminat – este principalul accent al designului termic. Fiecare joncțiune a LED-ului și carcasa driverului sunt destinate să fie răcite de un radiator. Pentru a extinde suprafața radiatorului și a facilita un schimb de căldură convectiv mai mare cu aerul din jur, radiatoarele sunt adesea realizate dintr-un material conducător de căldură, cum ar fi metalul, și au aripioare sau canale. Este posibilă o cameră de aerisire termică încorporată care este turnată în carcasă. Compoziția materialului și factorii de mediu afectează conductivitatea termică a carcasei înalte. Conducția termică este o altă metodă de îndepărtare a căldurii reziduale care se bazează pe geometria părților componente ale sistemului. Orice material cu o conductivitate termică ridicată poate fi utilizat pentru a face radiatoare, inclusiv, dar fără a se limita la, cupru, aluminiu și aliaje metalice. În ciuda faptului că cuprul are o conductivitate termică de cel puțin 400 W/mK. Datorită conductivității sale termice relativ ridicate și simplității fabricării, aluminiul este metalul de alegere pentru radiatoarele. Carcasa din aluminiu poate avea o acoperire cu pulbere acrilică aplicată atât pe suprafețele interioare, cât și pe cele exterioare pentru a îmbunătăți disiparea căldurii și rezistența la coroziune.
