LED High Bay 100w ứng dụng cho môi trường xung quanh có nhiệt độ cao

Đèn led highbay cung cấp nhiều ưu điểm so với chiếu sáng HID truyền thống, những ưu điểm này bao gồm tiêu thụ năng lượng thấp hơn, đầu ra cao hơn ở dòng truyền động cao hơn, tuổi thọ cao hơn, cải thiện độ bền, kích thước nhỏ hơn, chuyển đổi nhanh hơn, độ bền và độ tin cậy tuyệt vời. Tuy nhiên, một vấn đề quan trọng liên quan đến việc sử dụng ánh sáng trạng thái rắn, liên quan đến các biến chứng do quá nhiệt của đèn LED.

LED: Nguồn nhiệt và ánh sáng
Các thiết bị chiếu sáng trạng thái rắn được thể hiện bằng điốt phát quang dựa trên điốt bán dẫn. Khi diode được phân cực thuận (kích hoạt hoặc bật), các điện tử tái kết hợp với các lỗ trống và năng lượng được giải phóng dưới dạng ánh sáng. Là một sản phẩm phụ của việc chuyển đổi điện năng thành ánh sáng, các thiết bị quang điện tử này tạo ra nhiệt có thể làm tăng nhiệt độ hoạt động, cuối cùng gây ra suy giảm hiệu quả và hư hỏng sớm, nếu nhiệt được phép tích tụ. Hiệu suất của đèn LED thường phụ thuộc vào khả năng quản lý nhiệt độ điểm nối của nó để đạt được nhiệt độ hoạt động ở trạng thái ổn định tối ưu. Nhiệt độ đường giao nhau tăng cao thường tương quan với việc giảm sản lượng ánh sáng, hiệu suất đèn thấp hơn, bước sóng vượt trội và thậm chí giảm tuổi thọ. Nhiệt độ tiếp giáp của đèn LED ảnh hưởng đáng kể đến cả tuổi thọ L70 và hiệu suất tổng thể của nó. Nói chung, mỗi lần tăng 10°C (trên 25°C) nhiệt độ đường giao nhau có thể làm giảm thời gian sử dụng của đèn LED đi 10 kHrs (1000 giờ) đối với đèn LED gallium nitride (GaN). Tăng nhiệt độ đường giao nhau từ 40°C lên 70°C sẽ làm giảm hiệu quả của đèn LED hơn 10%. Như vậy, thích hợp các giải pháp quản lý nhiệt phải được phát triển để đảm bảo duy trì hiệu suất và nhiệt độ hoạt động của bộ đèn LED được kiểm soát đối với sự thay đổi nhất định về nhiệt độ đường giao nhau và nhiệt độ môi trường xung quanh.

Hệ thống chiếu sáng trên vịnh cao cho các khu vực có nhiệt độ môi trường
cao Các cơ sở ở vịnh cao thường gắn các thiết bị chiếu sáng tại hoặc gần trần nhà. Đèn LED highbay công suất cao thường được sử dụng trong các đèn này để cung cấp đủ ánh sáng. Mức độ ánh sáng mà đèn LED phát ra phụ thuộc vào lượng dòng điện được cung cấp đến đèn LED và vào nhiệt độ hoạt động của đèn LED. Đèn LED highbay tạo ra quang thông cao có thể được điều khiển bằng tín hiệu truyền động điện cao, điều này thường làm cho đèn LED hoạt động ở nhiệt độ cao. Hơn nữa, các ứng dụng vịnh cao thường có môi trường tương đối khắc nghiệt và ăn mòn hơn so với các ứng dụng vịnh thấp. Đặc biệt, môi trường vịnh cao có thể có nhiệt độ môi trường cao hơn, nhiều bụi trong không khí và các hạt dầu trong các cơ sở sản xuất như nhà máy thép, xưởng đúc và nhà máy sản xuất thủy tinh. Khi hoạt động trong môi trường có nhiệt độ xung quanh cao và / hoặc vỏ bọc hạn chế về không gian, nhiệt tạo ra bởi đèn LED và mạch dự phòng của nó có thể gây hỏng đèn LED.

Theo đó, khi nói đến các ứng dụng chiếu sáng công suất cao trong môi trường nhiệt độ xung quanh cao, việc quản lý đúng cách nhiệt tạo ra trong bộ đèn LED là rất quan trọng. Quản lý nhiệt liên quan đến khả năng của hệ thống để hút nhiệt tích tụ dư thừa tại đường giao nhau, thường có thể làm suy giảm phosphor và giảm tuổi thọ của bóng đèn nếu không có thiết bị cố định cao. Các nhà sản xuất đèn LED tiếp tục cải tiến thiết kế để có nhiệt độ cao hơn, chẳng hạn như sử dụng vật liệu đèn cao cấp, thiết kế tản nhiệt tối ưu và thậm chí cả cảm biến nhiệt độ tự động làm mờ đèn khi nhiệt tích tụ quá mức.

Độ bền với đèn LED nhà xưởng 100w chất lượng cao
Nói chung, đèn LED nhà xưởng 100w chất lượng cao là thiết bị mạnh mẽ có thể hoạt động ở nhiệt độ môi trường cao. Ở nhiệt độ môi trường xung quanh là 60°C, sản lượng ánh sáng tương đối của đèn điện LED chỉ giảm 10% so với sản lượng ánh sáng tương đối ở 25°C. Trong ngành công nghiệp LED, điện trở nhiệt được sử dụng để chỉ khả năng truyền nhiệt của toàn bộ thiết bị. Bản thân các đèn LED đã được thiết kế với một đường dẫn điện trở nhiệt thấp từ đường giao nhau đến gói từ nơi nhiệt lan truyền. Khả năng chịu nhiệt của các gói LED cùng với nhiệt độ hoạt động tối đa quyết định công suất tối đa có thể tiêu tán trong gói. Dòng chuyển tiếp tối đa được xác định bởi điện trở nhiệt giữa điểm nối LED và môi trường xung quanh. Đối với đèn LED có khả năng chịu nhiệt cao, lượng nhiệt đáng kể tích tụ trong đèn LED, dẫn đến nhiệt độ điểm giao nhau của đèn LED cao. Khi điều này xảy ra, tác động của việc tăng nhiệt độ điểm giao nhau của đèn LED có thể đối trọng với tác động của dòng điện thuận tăng lên, làm cho đèn LED duy trì hoặc thậm chí giảm mức đầu ra ánh sáng của nó ngay cả khi dòng chuyển tiếp tăng lên do nhiệt độ tiếp giáp của đèn LED tăng lên. Điều rất quan trọng là đèn điện phải được thiết kế theo cách giảm thiểu điện trở nhiệt từ điểm hàn đến môi trường xung quanh với mục đích tối ưu hóa tuổi thọ của đèn điện và các đặc tính quang học. 

 

Quản lý nhiệt: Chìa khóa cho hiệu suất hệ thống
Đối với các thiết bị chiếu sáng công nghiệp, đặc biệt là các vịnh cao kiểu UFO trong đó mạch điện và đèn LED được đặt trong một vỏ bọc kín, một thiết kế nhiệt hiệu quả là rất quan trọng để giảm nhiệt độ hoạt động của thiết bị quang điện tử đó trong khi cải thiện hiệu suất và độ tin cậy. Thiết kế tản nhiệt thường tập trung vào tản nhiệt, thường là một vỏ đèn tích hợp khi nói đến các thiết kế vịnh cao. Tản nhiệt được thiết kế để kéo nhiệt ra khỏi các điểm tiếp xúc trên mỗi đèn LED và từ vỏ trình điều khiển. Tản nhiệt thường bao gồm vật liệu dẫn nhiệt như kim loại và bao gồm các cánh tản nhiệt hoặc các rãnh để tăng bề mặt tản nhiệt nhằm cung cấp cho quá trình trao đổi nhiệt đối lưu tốt hơn với không khí xung quanh. Vỏ có thể chứa một buồng thông hơi nhiệt tích hợp được đúc vào trong vỏ. Hệ số dẫn nhiệt của nhà ở trên cao được xác định bởi thành phần vật liệu và điều kiện môi trường. Việc loại bỏ nhiệt thải bằng cách dẫn nhiệt cũng được cấu trúc dựa trên cấu trúc hình học của các phần tử hệ thống. Tản nhiệt có thể được chế tạo từ bất kỳ vật liệu dẫn nhiệt cao nào bao gồm nhưng không giới hạn ở hợp kim đồng, nhôm hoặc kim loại. Mặc dù đồng có thể có độ dẫn nhiệt cao tới 400 W/mK hoặc hơn. Nhôm là kim loại được ưa chuộng nhất để làm tản nhiệt vì tính dẫn nhiệt tương đối cao và dễ sản xuất. Để cải thiện khả năng tản nhiệt và chống ăn mòn, lớp hoàn thiện bằng bột acrylic có thể được phủ lên cả bề mặt bên trong và bên ngoài của vỏ nhôm.

Bộ tản nhiệt bằng nhôm có thể được sản xuất trong các quy trình khác nhau với chi phí và hiệu suất khác nhau. Tản nhiệt dập là giải pháp tản nhiệt có chi phí thấp nhất nhưng kém hiệu quả hơn tản nhiệt đùn và tản nhiệt đúc. Quá trình ép đùn có lợi khi sản xuất các cấu hình vây phức tạp cho phép tản nhiệt lớn hơn thông qua việc tăng diện tích bề mặt. Tản nhiệt rèn có độ tinh khiết nhôm rất cao và do đó có khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời - thường cao hơn 20% so với tản nhiệt đúc và đúc đùn. Nhôm có độ tinh khiết cao có thể có độ dẫn nhiệt ở nhiệt độ phòng xấp xỉ 210 W/mK. Sản xuất đúc ép đùn và đúc thường liên quan đến các nguyên tố hợp kim để chế biến dễ dàng hơn, nhưng những tạp chất này là tiêu cực đối với các đặc tính nhiệt. Tản nhiệt bằng nhôm đúc đùn hoặc đúc có hệ số dẫn nhiệt khoảng 160-200 W/mK. Vì tỷ lệ chi phí / hiệu suất thường là yếu tố quan trọng nhất trong thiết kế hệ thống, nên tản nhiệt rèn ít được sử dụng hơn các loại tản nhiệt khác. Hơn nữa, vỏ đèn high bay đúc khuôn cung cấp cấu trúc một mảnh và loại bỏ các hoạt động thứ cấp như gia công và lắp ráp và có thể được đúc với nhiều tính năng như cánh tản nhiệt, khoang, lỗ thông hơi hoặc lỗ chuyên dụng, hoặc các hình dạng cụ thể để tản nhiệt tối đa. Các thiết bị bay trên cao của UFO hiện đại ngày càng được thiết kế với các yếu tố hình thức được sắp xếp hợp lý để cân nhắc về mặt thẩm mỹ cũng như quản lý nhiệt tốt hơn. Ví dụ, vỏ đèn được thiết kế thích hợp có thể tránh tích tụ bụi trong thời gian dài và hệ thống dẫn nhiệt sẽ không bị suy giảm.

Quản lý nhiệt tốt hơn cho phép các đèn LED highbay 100w của đèn led highbay được điều khiển ở mức dòng điện cao hơn đồng thời giảm thiểu các tác động tiêu cực đến tuổi thọ và sản lượng ánh sáng thường được kết nối với nhiệt độ môi trường cao. Các nhà thiết kế có một số cách để giữ cho đèn LED công suất cao mát mẻ thông qua việc sử dụng các công nghệ quản lý nhiệt thụ động khác, chẳng hạn như các cụm dựa trên ống dẫn nhiệt. Hệ thống ống dẫn nhiệt sử dụng truyền nhiệt hai pha thông qua sự bay hơi và ngưng tụ của chất lỏng hoạt động. Các chiến lược quản lý nhiệt khác đã được phát triển sử dụng các thiết bị làm mát tích cực, chẳng hạn như quạt, để tỏa nhiệt từ đèn LED highbay 100w. Sự đối lưu không khí cưỡng bức do quạt tạo ra có thể làm tăng sự truyền nhiệt ra môi trường xung quanh.

Độ tin cậy cơ nhiệt cấp hội đồng quản trị
Một thiết kế tản nhiệt tốt cho đèn LED highbay 100w trong các ứng dụng nhiệt độ môi trường xung quanh cao cũng liên quan đến việc tối ưu hóa mức bo mạch. Các đèn LED cao hoặc mảng LED thường được gắn với MCPCB LED (bảng mạch in lõi kim loại) hoạt động như bộ truyền nhiệt, do đó truyền nhiệt thông vào các tản nhiệt. Tiếp xúc đầy đủ giữa PCB và tản nhiệt là rất quan trọng để đảm bảo truyền nhiệt tối đa. MCPCB cho ánh sáng bay cao UFO bao gồm một PCB tròn trong đó vật liệu cơ bản cho PCB bao gồm kim loại dẫn nhiệt cao, chẳng hạn như nhôm, đồng hoặc hợp kim đồng. Một cải tiến đối với bức xạ nhiệt thụ động là sử dụng mỡ tản nhiệt hoặc lớp điện môi tương tự, còn được gọi là vật liệu giao diện nhiệt (TIM) để tăng cường kết nối nhiệt giữa PCB và tản nhiệt. Mạch điện và các dấu vết liên quan của nó có thể được xử lý trên TIM cách điện, có thể là vật liệu thay đổi pha (PCM), mỡ bôi trơn nhiệt, băng dính dẫn điện, miếng đệm lấp đầy khoảng trống và epoxit. Khả năng dẫn nhiệt của TIM rất quan trọng để giảm thiểu khoảng trống không khí giữa tản nhiệt và PCB bằng cách cung cấp một giao diện nhiệt. Vật liệu giao diện nhiệt thay đổi pha, vì cấu trúc polyme độc ​​đáo và khả năng thay đổi pha, có trở kháng nhiệt thấp, thấm ướt tuyệt vời, điện trở tiếp xúc thấp, độ dày đường liên kết thấp (BLT) và độ ổn định nhiệt cao. TIM tự chuyển đổi từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng hoặc gel khi nhiệt độ đạt đến sự thay đổi pha hoặc nhiệt độ nóng chảy và có thể chịu được nhiệt độ cao lên đến 150°C và kéo dài đến 7 năm ở nhiệt độ môi trường xung quanh 80°C,

Trình điều khiển đèn LED: Tấm ngắn trong nguyên tắc xô nguồn điện áp thấp cần thiết cho đèn LED highbay 100w. Mạch điều khiển đặc biệt dễ bị quá nhiệt và nó có thể dẫn đến hỏng hóc ở một hoặc nhiều thành phần của trình điều khiển, và do đó gây ra trục trặc hoặc tắt toàn bộ thiết bị cố định. Các thành phần nhạy cảm với nhiệt độ bao gồm các tụ điện được sử dụng làm phần tử lưu trữ năng lượng chính trong bộ điều chỉnh hệ số công suất (PFC) thường được tìm thấy trong các đèn LED highbay công suất cao. Chất điện phân ướt trong tụ điện có xu hướng bay hơi chậm hoặc khuếch tán ở mức nhiệt độ tăng. Tuổi thọ giảm đi một nửa nếu nhiệt độ hoạt động tăng lên sau mỗi 10°C. Ở nhiệt độ tương đối cao, các đặc tính cách ly của cuộn dây tần số cao hoặc máy biến áp (flyback) và lõi từ có thể thay đổi đáng kể theo nhiệt độ môi trường. Vì vậy, may mắn thay một trong những thương hiệu trình điều khiển LED hàng đầu, Mean Well, đã phát triển bộ nguồn meanwell HBG cho các thiết bị chiếu sáng trên cao. Dòng trình điều khiển LED này có thể hoạt động từ -40°C đến + 70°C (60.000 giờ, 60°C, 75% tải) nhiệt độ môi trường xung quanh và được bảo hành 5 năm. Thử nghiệm tuổi thọ gia tốc DMTF của họ báo cáo rằng trình điều khiển HBG có tuổi thọ 40.000 giờ, Tc 70°C (Tc = nhiệt độ vỏ gói). Bằng cách kết hợp trình điều khiển có độ tin cậy cao vào vỏ đèn với thiết kế quản lý nhiệt được tối ưu hóa, vấn đề được quan tâm nhất sẽ không phải là trở ngại trong việc tận dụng lợi ích của công nghệ chiếu sáng trạng thái rắn cho các ứng dụng nhiệt độ môi trường cao.