كمصدر للضوء من الجيل الرابع, لا يزال لدى LED طريقة لاستبدال المصابيح السابقة بالكامل. واحدة من أكبر المشاكل هي تبديد الحرارة. تعد زيادة أجهزة تبديد الحرارة أيضًا عاملاً مهمًا في ارتفاع تكلفة مصابيح LED. مصابيح LED الذكية هي في الأساس مصابيح LED, ولكن تتم إضافة وحدة ذكية إلى أساس مصابيح LED. تعد مشكلة تبديد الحرارة أيضًا مشكلة رئيسية بالنسبة لمصابيح LED الذكية. تُستخدم مصابيح LED الذكية في الغالب في المنازل الشخصية ومكاتب الشركات. إذا لم يتم التعامل مع تبديد الحرارة بشكل صحيح, فمن السهل أن تسبب الحرائق. هناك بالفعل العديد من طرق تبديد الحرارة, دعونا نناقش تسخين LED وتبديد الحرارة.
أسباب تسخين ضوء LED الذكي
على الرغم من أن التحويل الحالي ل ضوء LED ذكي الطاقة إلى الطاقة الضوئية جيدة نسبيا, إنه بعيد عن الهدف المثالي. ولا يزال هناك قدر كبير من الطاقة الكهربائية لم يتم تحويلها إلى طاقة ضوئية. معدل التحويل الكهروضوئي لـ LED هو 20 ~ 30٪, ويتم تحويل الكمية الكبيرة المتبقية من الطاقة الكهربائية إلى طاقة داخلية, أكثر من 70% من الطاقة الكهربائية تصبح طاقة داخلية. خاصة, العاملان التاليان هما السببان الرئيسيان للحرارة الناتجة عن مصابيح LED:
- التأثير الكهروضوئي ليست عالية. عندما تمر الإلكترونات عبر تقاطع PN, عندما تتحد الإلكترونات والثقوب, لا يمكن تحويل الإلكترونات إلى فوتونات 100%. وتسمى هذه الظاهرة “التسرب الحالي”. يقلل التسرب الحالي من مجموعة الناقلات في تقاطع PN. إن مضاعفة تيار التسرب الحالي والجهد هو القوة العلاجية لهذه القطعة, وهي أيضًا قوة هذه القطعة من الطاقة الكهربائية لتسخين الطاقة. الآن نجح استخدام بعض التقنيات الجديدة في حل المشكلة, وقد وصل معدل تحويل التأثير الكهروضوئي لمصابيح LED الذكية إلى أكثر من 90%.
- لا يمكن أن تنبعث الفوتونات الناتجة عن التأثير الكهروضوئي إلى الخارج. وبما أن الإلكترونات مضطربة, كما أن اتجاه الفوتونات المتولدة مضطرب أيضًا. العديد من الفوتونات لا تمر عبر الغطاء الواقي, ولكنها تنبعث في اتجاهات أخرى, ويتم امتصاصها بواسطة مصباح LED الذكي نفسه. لا يتم تمرير بعض الفوتونات من خلال الغطاء الواقي. بعد أن انكسر, ويتم امتصاص جزء منه, ويتم تحويل الفوتونات غير المنبعثة إلى طاقة داخلية. ويسمى هذا الجزء التحويل الكهروضوئي الخارجي, التحويل الكهروضوئي الخارجي ليس مرتفعا, فقط حول 30% تنبعث من الفوتونات, ويتم تحويل معظم الباقي إلى طاقة داخلية.
الإدارة الحرارية
الإدارة الحرارية هي الأصعب, متطلبة, وتصميم مكلف جزء من ضوء LED الذكي. إذا لم يتم تنفيذ إدارة كافية لتبديد الحرارة, فإنه سوف يسبب عواقب كارثية مثل فشل الإضاءة أو الحريق. لكن, تعد إدارة تبديد الحرارة لمصابيح LED هي الأكثر تعقيدًا, متطلبة, وجزء مكلف من مخطط التصميم بأكمله. ستناقش هذه المقالة كيفية تنفيذ معامل درجة الحرارة السلبية (المجلس الوطني الانتقالي) الإدارة الحرارية لتحسين سلامة تصميم LED بشكل كامل وتقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير.
في المصابيح المتوهجة التقليدية, الفتيل الذي لا يتلامس بشكل مباشر مع أي شيء هو مصدر الحرارة الوحيد. لمصابيح LED, الصمام هو مصدر الضوء, ويتلامس تبديد حرارة LED مباشرة مع لمبة LED. يحدث هذا الاتصال المباشر بسبب الاتصال بين مؤشر LED ودائرة التشغيل. من أجل تحقيق تبديد الحرارة, يجب إطلاق الحرارة من مؤشر LED ودائرة التشغيل أو إدارتها بشكل فعال. في نفس الوقت, وهذا أيضًا هو الشرط الأساسي لكي يستمر مصباح LED في العمل لفترة طويلة.
من أجل فهم أهمية إدارة تبديد الحرارة, يمكننا أيضًا أن نتخيل مثل هذا التطبيق, بدلاً من تركيب ضوء LED الذكي على مقابس الإضاءة العامة مثل مصابيح الحائط أو مصابيح السقف واستخدام مفتاح الحائط للتحكم في مصابيح LED. نظرًا لأن تبديد الحرارة لمعظم المصابيح القياسية مثل مصابيح الحائط أو مصابيح السقف يعتمد بشكل أساسي على الحمل الحراري أو تدفق الهواء, تأثير تبديد الحرارة لهذا التطبيق ليس مثاليًا لمصابيح LED.
إذا لم يتم تنفيذ إدارة فعالة لتبديد الحرارة, سيؤدي ذلك إلى عواقب كارثية مثل الاستبدال المتكرر لمصابيح LED الفاشلة أو حرائق المباني. يعد استخدام وظيفة التحكم الذكي في مصباح LED لمراقبة درجة حرارة مصباح LED طريقة بسيطة نسبيًا لإدارة تبديد الحرارة. في نفس الوقت, لأن مصباح LED يمكن أن يقلل الطاقة عند ارتفاع درجة الحرارة, كما سيتم تحسين السلامة بشكل كبير.
الإدارة الحرارية NTC
المبدأ الأساسي لل المجلس الوطني الانتقالي تهدف الدائرة إلى تحسين سلامة مصباح LED وتقليل تعقيد التصميم من خلال مراقبة درجة حرارة مصباح LED. عندما ترتفع درجة الحرارة, تعمل وحدة التحكم على تقليل اللومن وبالتالي تحافظ على مؤشر LED ضمن مستوى آمن. بعبارة أخرى, عندما ترتفع درجة الحرارة, يتم تقليل شمعة, والعكس صحيح, عندما تنخفض درجة الحرارة, يتم زيادة شمعة.
يمكننا اكتشاف التغير في درجة حرارة مصباح LED عن طريق اكتشاف الجهد على NTC. يرتبط الجهد المكتشف مباشرة بدرجة حرارة NTC, وستنخفض مقاومة NTC مع زيادة درجة حرارة NTC والدوائر المحيطة بها. هناك طريقتان أساسيتان لاستخدام NTC لتحديد درجة الحرارة.
طريقة 1: استخدم NTC في النظام لفرض دائرة مقسم الجهد بجهد معروف, ثم قم بقياس الجهد على عقدة NTC. مع زيادة درجة حرارة NTC, تنخفض المقاومة. سيؤدي انخفاض المقاومة إلى تغيير في نسبة مقسم الجهد. سوف ينخفض جهد عقدة NTC أيضًا مع زيادة درجة الحرارة.
طريقة 2: فرض تيار معروف من خلال NTC وقياس الجهد على NTC. مع زيادة درجة حرارة NTC, تنخفض المقاومة. وفقا لقانون أوم, سيؤدي انخفاض المقاومة إلى تغيير الجهد على عقدة NTC. إذا انخفضت المقاومة مع بقاء التيار كما هو, سوف ينخفض الجهد على عقدة NTC أيضًا.
من حيث تحسين التشغيل وتحسين السلامة, تعتبر هاتان الطريقتان لمراقبة درجة حرارة مصابيح LED الذكية بسيطة ومباشرة في التنفيذ.
طريقة التبريد بالصمام الثنائي الباعث للضوء
تبديد حرارة مصباح LED أكثر إزعاجًا, لأن LED بيئة مغلقة, ومصباح LED واحد صغير. يرتبط تبديد حرارة LED بالمواد السفلية وعملية الإنتاج المحددة. إن وضع تبديد الحرارة الخاص به يهدف بشكل أساسي إلى تبديد الحرارة الناتجة عن شريحة LED في الهواء. سيؤثر تبديد الحرارة السيئ على أداء وعمر مصباح LED. يولد مصباح LED واحد القليل جدًا من الحرارة, لكن البيئة المغلقة تجعل من الصعب تبديد الحرارة, وسوف تتراكم الحرارة. علاوة على ذلك, يتمتع مصباح LED العام بوقت عمل مستمر طويل, مما يجعل درجة حرارة شريحة LED عالية جدًا. . هناك طرق عديدة لنقل الحرارة إلى الهواء. المبدأ الأساسي هو نقل الحرارة الناتجة عن الشريحة إلى ركيزة الألومنيوم ثم إلى الهواء. يتضمن تبديد الحرارة لمصابيح LED جزأين: تبديد الحرارة والتوصيل الحراري, وستستخدم الأماكن المختلفة أغلفة مختلفة لتبديد الحرارة. فيما يلي العديد من طرق تبديد الحرارة شائعة الاستخدام في السوق:
- زعانف التبريد
يعد التوصيل الحراري باستخدام زعانف تبديد الحرارة طريقة شائعة لتوصيل الحرارة. زعانف تبديد الحرارة مصنوعة في الغالب من الألومنيوم. يتمتع الألومنيوم بموصلية حرارية جيدة وتكلفة منخفضة نسبيًا. لا تستطيع زعانف تبديد الحرارة توصيل الحرارة إلى الغلاف فحسب، بل يمكنها أيضًا تبديد الحرارة بنفسها, مما يزيد من مساحة تبديد الحرارة بشكل كبير.
- قذيفة موصلة حراريا
يتكون السكن من مواد ذات توصيل جيد للحرارة وتبديد للحرارة لتعزيز تبديد الحرارة. بعض علب مصابيح LED مصنوعة من مواد معدنية, وبعضها مصنوع من البلاستيك المملوء بمواد التوصيل الحراري. هذه هي المواد ذات التوصيل الحراري الجيد وتبديد الحرارة القوي.
- تعزيز تدفق الهواء
تدفق الهواء لملحق مصباح LED بطيء جدًا, مما سيؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الهواء لملحق مصباح LED, مما سيقلل من كفاءة تبديد الحرارة لمصباح LED, تعزيز تدفق الهواء, ونشر الحرارة في الهواء بسرعة للحفاظ على درجة حرارة الهواء لملحق مصباح LED المناسب, يمكن تحسين كفاءة تبديد الحرارة. تكلفة تعزيز تدفق الهواء منخفضة نسبيا, فقط أضف مروحة كهربائية بالخارج.
- غلاف المروحة الكهربائية
يمكن أن تؤدي إضافة مروحة كهربائية داخل الغلاف إلى تعزيز تدفق الهواء, خفض درجة الحرارة داخل القشرة, وتعزيز كفاءة تبديد الحرارة. إن إضافة مروحة كهربائية في الغلاف غير مناسب للأماكن الخارجية, لأن المطر أو أي بيئة رطبة أخرى سوف تتسبب في شيخوخة المروحة الكهربائية وقصر الدائرة الكهربائية. يعد استبدال المراوح الكهربائية أمرًا صعبًا أيضًا.
- تبديد حرارة الأنابيب الحرارية
باستخدام أنبوب التوصيل الحراري, يتم توصيل حرارة فتيل LED إلى الركيزة المصنوعة من الألومنيوم, ومن ثم إلى القشرة. تحتوي العديد من فتائل مصابيح LED على جهاز أنبوب التوصيل الحراري, وهي طريقة شائعة وفعالة.
- العلاج الإشعاعي للقشرة
طلاء غلاف مصباح LED بمادة مشعة يمكن أن ينقل الحرارة الناتجة عن LED بطريقة مشعة, تقليل درجة حرارة مصباح LED.
ملخص
لقد أدى تطوير تقنية تبديد الحرارة لمصابيح LED الذكية إلى تعزيز تطبيق مصابيح LED بشكل كبير. بدون هذه الاختراقات التكنولوجية, سيكون عمر واستخدام مصابيح LED محدودًا. في نفس الوقت, كما أن استخدام مواد تبديد الحرارة هذه يزيد من تكلفة مصابيح LED. يجب النظر في التكلفة والأداء بشكل شامل. تحتاج تقنية تبديد الحرارة لمصابيح LED إلى مزيد من التطوير, تتطلب كفاءة أعلى وأجهزة تبديد الحرارة أقل تكلفة, وإلا سيتم تقييد المزيد من التطوير لمصابيح LED إلى حد كبير. في نفس الوقت, ويجب أن نلاحظ أيضًا أنه في عملية تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية, أكثر من 70% سيتم تحويل الطاقة الكهربائية الناتجة عن مصباح LED إلى حرارة وإهدارها. يجب علينا تقليل إنتاج الحرارة مع تعزيز تبديد الحرارة, إن تقليل توليد الحرارة بشكل فعال هو الأفضل “تبديد الحرارة”.
MOKOLight ضوء LED ذكي يستخدم أفضل المواد وأفضل التقنيات لإنتاج مصابيح LED ذكية ممتازة. عندما لا يكون هناك طفرة في التكنولوجيا, يعد التصميم الأكثر إبداعًا لتبديد الحرارة والمواد الأفضل لتبديد الحرارة أفضل طريقة لتبديد الحرارة.
