一, Principi tecnici e sfide di gestione termica della scarsa dissipazione del calore
Il sistema di dissipazione del calore di lampade lineari a LED di solito è costituito da chip a LED, substrati, materiali conduttivi termici, dissipatori di calore e conchiglie . Il percorso di trasferimento di calore è: chip a LED → substrati conduttive termali in termini di battito di calore → aria . Il problema del nucleo di dissipazione del calore nella resistenza ad alta termica, con la temperatura di calore a battito. superando la soglia di progettazione (di solito inferiore o uguale a 120 gradi) .
Analisi delle fonti di resistenza termica
Interfaccia Resistenza termica: la resistenza termica di contatto tra il chip e il substrato, nonché tra il substrato e il dissipatore di calore (che contabile per circa il 30% -50% della resistenza termica totale), è influenzata da fattori come la piattaforma superficiale, la pressione e la pressione termica della grasso .
Resistenza termica del materiale: la conduttività termica del substrato di alluminio (1-3 w/m · k) è molto più bassa di quella del rame (400w/m · k) e le lampade lineari a LED ad alta potenza richiedono substrati di rame o ceramica
Convezione Resistenza termica: la convezione naturale ha una bassa efficienza di dissipazione del calore ed è necessario aumentare l'area delle pinne di dissipazione del calore o della forza di forza (ventola) per migliorare la capacità di dissipazione del calore .
Relazione quantitativa tra temperatura di giunzione e prestazioni
Secondo il modello Arrhenius, la durata della vita del LED è esponenzialmente correlata alla temperatura di giunzione:
L₂ = L₁ × 2^(ΔT/10)
(L ₁ è la durata iniziale, Δ T è la variazione della temperatura di giunzione)
Ad esempio, se la temperatura di giunzione sale da 85 a 115 gradi, la durata della vita verrà ridotta a 1/8 dell'originale .
2, cinque problemi fondamentali causati da una scarsa dissipazione del calore
1. accelerazione del decadimento della luce e del cambio di temperatura del colore
Meccanismo di attenuazione della luce: l'alta temperatura porta a una diminuzione dell'efficienza della polvere fluorescente e dell'efficienza quantistica del chip . Il tasso di attenuazione annuale del flusso di luce può raggiungere il 15% -30% (il design normale dovrebbe essere inferiore o uguale al 3%) .}}
Spostamento della temperatura del colore: all'aumentare della temperatura di giunzione, aumenta il componente della luce blu e la temperatura del colore può salire da 4000k a oltre 5000k, influenzando il comfort di illuminazione .
Caso: a causa della scarsa dissipazione del calore, il flusso luminoso di una luce a LED lineare in un determinato centro commerciale è diminuito al 65% del suo valore iniziale dopo un anno di utilizzo e la temperatura del colore è stata spostata di 800k, con conseguente aumento del 40% del tasso di reclamo del cliente .
2. durata abbreviata e aumento dei costi di manutenzione
Fallimento del chip: ad alta temperatura provoca rottura del filo oro e distacco dell'articolazione della saldatura, portando a cortocircuiti aperti o cortocircuiti .
Fallimento del condensatore: la durata della vita del condensatore elettrolitico nel driver è ridotta a meno di 1000 ore ad alte temperature (il design normale dovrebbe essere 5000-10000 ore) {{2}
Confronto dei costi: il costo di sostituzione annuale causato da una scarsa dissipazione del calore è 3-5 volte quello delle soluzioni di dissipazione del calore di alta qualità .
3. rischi di sicurezza e rischi di incendio
Invecchiamento del materiale: ad alta temperatura accelera l'invecchiamento di materiali come coperture per PC e guarnizioni in silicone, portando a una diminuzione della trasmittanza della luce e al fallimento delle prestazioni impermeabili .
RUNAWAY TERMICA: se la temperatura di giunzione supera i 150 gradi, può causare il burnout del chip o persino il fuoco . Un magazzino di fabbrica ha preso il fuoco a causa del surriscaldamento di luci lineari a LED, con conseguenti perdite economiche dirette che superano i 2 milioni di yuan .}}
4. aumento di sfarfallio e interferenza elettromagnetica (EMI)
Surriscaldamento dell'unità: ad alta temperatura provoca la deriva del parametro componente nell'unità, con conseguente aumento delle fluttuazioni della corrente di uscita e innescare lo sfarfallio .
Deterioramento EMI: il design irragionevole del dissipatore di calore può provocare effetti di antenna e radiazioni che superano lo standard, che colpiscono i dispositivi elettronici circostanti .
5. prestazioni instabili e riduzione dell'efficienza energetica
Drift termico: l'aumento della temperatura di giunzione porta a una diminuzione della tensione in avanti (VF) e il driver deve regolare dinamicamente la corrente per mantenere la luminosità, aumentando la complessità del sistema .
Riduzione dell'efficienza energetica: l'efficienza quantistica del LED diminuisce alle alte temperature e l'efficienza luminosa effettiva può diminuire da 120lm/w a meno di 90 litri/w .
3, casi del settore e analisi dei fallimenti
Caso 1: fallimento batch di luci lineari a LED in un tunnel della metropolitana
Fenomeno di errore: dopo 6 mesi di installazione, il 30% delle lampade ha mostrato un decadimento della luce superiore al 50% e grave sfarfallio .
Risultati del test:
La temperatura di giunzione misurata ha raggiunto 135 gradi (valore di progettazione inferiore o uguale a 95 gradi);
Lo spessore del grasso di silicone conduttivo termico tra il radiatore e il substrato supera 0,3 mm (lo standard dovrebbe essere inferiore o uguale a 0,1 mm);
La spaziatura tra le pinne del radiatore del profilo in alluminio è troppo piccola, il che ostacola la convezione naturale .
Soluzione: utilizzare invece il grasso di silicone conduttivo termico 1mm conduttivo termico 1mm, ottimizzare il layout delle pinne del radiatore, ridurre la temperatura di giunzione a 88 gradi e ridurre la velocità di fallimento al di sotto dell'1%.
Caso 2: lamentela sulla deviazione della temperatura del colore delle luci lineari a LED in un hotel di fascia alta
Fenomeno di errore: dopo 1 anno di utilizzo, la temperatura del colore è aumentata da 3000k a 4500k e il cliente ha richiesto una sostituzione completa .
Causa ultima:
Il driver non adotta una progettazione di fonti di corrente costante e la corrente aumenta con l'aumento della temperatura di giunzione;
La resistenza alla temperatura della formula in polvere fluorescente è insufficiente e l'efficienza di eccitazione diminuisce ad alte temperature .
Misure di miglioramento: aggiornare il driver a una doppia modalità di corrente costante e tensione costante, passare a polvere fluorescente resistente ad alta temperatura e migliora la stabilità della temperatura del colore a ± 150k .
4, soluzioni di ottimizzazione della dissipazione del calore e tendenze tecnologiche
1. Ottimizzazione della progettazione del sistema di raffreddamento
Aggiornamento del materiale: sostituire i tradizionali substrati di alluminio con substrati di nitruro di alluminio (ALN) (conduttività termica di 170W/M · K) .
Innovazione strutturale:
Tecnologia di dissipazione del calore del microcanale: i canali micro su scala si formano all'interno del dissipatore di calore attraverso l'incisione del laser per migliorare l'efficienza della convezione;
Modifica del materiale di dissipazione del calore di fase (PCM): riempire il dissipatore di calore con PCM come cera di paraffina e utilizzare il calore latente della modifica di fase per assorbire il calore .
Caso: una certa marca di lampada lineare a LED adotta la dissipazione del calore del microcanale, che riduce il volume del dissipatore di calore del 30% e abbassa la temperatura di giunzione di 15 gradi .
2. Controllo della temperatura intelligente e dissipazione del calore attivo
Monitoraggio della termocoppia: integrare le termocoppie vicino al chip per fornire un feedback in tempo reale sulla temperatura di giunzione al driver .
Regolamento della velocità della ventola: quando la temperatura di giunzione supera la soglia, la ventola inizierà automaticamente a migliorare l'efficienza della dissipazione del calore .
Confronto di efficienza energetica: la soluzione di controllo della temperatura intelligente può disattivare il ventilatore della lampada a carichi bassi, risparmiando il 20% -30% Energy .
3. tecnologia di simulazione e design standardizzato
Software di simulazione termica: utilizzare strumenti come Ansys Icepak per simulare il trasferimento di calore e ottimizzare le dimensioni e il layout dei dissipali di calore .
Industry standards: Adhere to LM-80 (light attenuation test), TM-21 (life estimation), IEC 62717 (performance requirements) and other specifications to ensure that the heat dissipation design can be quantitatively verified.
4. esplorazione di tecnologie emergenti di dissipazione del calore
Film di dissipazione del calore di grafene: conduttività termica di 5300W/M · K, lo spessore può essere controllato all'interno di 0 . 03mm.
Dissipazione del calore di raffreddamento liquido: introduzione di un sistema di raffreddamento liquido al microcanale in lampade lineari a LED ad altissima potenza, la temperatura di giunzione può essere controllata al di sotto di 65 gradi .
5, Misure preventive e Guida per l'utente
Suggerimenti di acquisto
Dai la priorità alla selezione dei prodotti che hanno superato la certificazione UL e CE e visualizzare i dati di temperatura di giunzione nel rapporto LM -80 .
Evita di scegliere luci lineari a LED economiche senza dissipatori di calore o con involucri di plastica .
Specifiche di installazione
Assicurarsi una buona ventilazione nello spazio di installazione degli apparecchi di illuminazione, evitando un stretto contatto con il soffitto o bloccando i fori di dissipazione del calore .
Gli ambienti ad alta temperatura (come cucine e sale caldaie) richiedono l'uso di apparecchi di illuminazione con livello di protezione IP65 e dissipazione di calore convezione forzata .
Punti di manutenzione
Pulire la polvere di superficie del radiatore ogni sei mesi per evitare l'accumulo di polvere e aumentare la resistenza termica .
Controllare regolarmente la temperatura superficiale dell'apposizioni di illuminazione usando un termometro a infrarossi e se supera i 65 gradi, indagare immediatamente .
