هل ترتفع درجة حرارة مصابيح LED، وكيف تدير الإخراج الحراري مقارنة بأنواع المصابيح القديمة؟

لقد حدثت ثورة في الإضاءة الحديثة بفضل تقنية الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)- التي توفر كفاءة الطاقة والمتانة والتنوع. موضوع هلأضواء LEDومع ذلك، فإن ارتفاع درجة الحرارة وكيفية التحكم في الإخراج الحراري مقارنة بالمصابيح المتوهجة أو الفلورسنت لا يزال يُطرح في كثير من الأحيان. على الرغم من الترويج لمصابيح LED بشكل متكرر على أنها خيارات إضاءة "باردة"، إلا أن إنتاج الحرارة لا يزال ممكنًا. تقارن هذه المقالة الإدارة الحرارية لمصابيح LED بتلك الخاصة بالمصابيح التقليدية، وتبحث في العلوم الأساسية لإنتاج حرارة LED، وتنظر في العواقب على العمر والأداء والسلامة.

كيف تعمل الحرارة الناتجة عن توليد مصابيح LED{{0}؟

تولد مصابيح LED الحرارة، على عكس ما يعتقده الكثير من الناس، لكن عملها يختلف تمامًا عن تقنيات الإضاءة السابقة.
علم توليد الحرارة من مصابيح LED

التألق الكهربائي، وهو عملية تتدفق فيها الكهرباء عبر مادة شبه موصلة، لتنشيط الإلكترونات وإطلاق الفوتونات (الضوء)، هي الطريقة التي تنتج بها مصابيح LED الضوء. ومع ذلك، لا تتحول كل الطاقة إلى ضوء. تقاطع أشباه الموصلات، وهو مركز شريحة LED، هو المكان الذي يتم فيه تحويل حوالي 70-80٪ من الطاقة الكهربائية في مصابيح LED إلى حرارة. للحفاظ على أداء الصمام الثنائي وتجنب الضرر، يجب إطلاق هذه الحرارة.
الفروق الهامة من المصابيح القديمة

يتم تسخين خيوط التنغستن حتى تتألق في المصابيح المتوهجة. وتفقد أكثر من 90% من طاقتها على شكل حرارة تشع على شكل أشعة تحت حمراء. هناك خطر حدوث حروق لأن المصباح الزجاجي يصبح ساخنًا جدًا.

مصابيح الفلورسنت: تبعث مصابيح الفلورسنت الضوء باستخدام طبقات الفوسفور وبخار الزئبق. يتم فقدان ما يقرب من 80٪ من طاقتها على شكل حرارة، والتي يتم إنتاجها في الأقطاب الكهربائية ومن خلال الصابورة.

تولد مصابيح LED قدرًا أقل من الحرارة المهدرة بشكل عام، ولكن نظرًا لصغر حجمها، تتركز الحرارة عند الوصلة، مما يستلزم إدارة حرارية متطورة لمنع الفشل المبكر.

إدارة الحرارة بتقنية LED مقارنة بالمصابيح التقليدية

يتأثر طول عمر أنظمة الإضاءة وسلامتها وفعاليتها بكيفية التحكم في الحرارة.
1. تبديد الحرارة LED

لإزالة الحرارة من أشباه الموصلات، تستخدم مصابيح LED تقنيات التبريد السلبية والإيجابية:

المبددات الحرارية: المشتتات الحرارية المصنوعة من النحاس أو الألومنيوم تستخدم التوصيل لامتصاص الحرارة وتوزيعها. تعمل تصميماتها ذات الزعانف على تحسين مساحة سطح تدفق الهواء.

الوسادات الحرارية والمواد اللاصقة: تعمل هذه المواد على زيادة انتقال الحرارة عن طريق تحسين الاتصال بين شريحة LED والمشتت الحراري.

تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور: يتم تصنيع المشتتات الحرارية الثانوية باستخدام لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) ذات النوى المعدنية، مثل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المصنوعة من الألومنيوم.

التبريد النشط: لتبديد الحرارة بسرعة، قد تستخدم مصابيح LED{0}عالية الطاقة (مثل تلك التي تظهر في أضواء الملاعب) التبريد السائل أو المراوح.

مثال: لإزالة الحرارة من الصمام الثنائي، تشتمل لمبة LED القياسية على مشتت حراري في قاعدتها، والذي غالبًا ما يكون مخفيًا خلف غلاف بلاستيكي.
2. إدارة الحرارة في المصابيح القديمة

تطلق المصابيح المتوهجة الحرارة في الهواء المحيط. على الرغم من أن التحكم الحراري ليس مطلوبًا، إلا أن الحرارة الزائدة يمكن أن تلحق الضرر بالمواد أو التركيبات المجاورة.

تستخدم كوابح في أنابيب الفلورسنت للتحكم في حرارة التيار الكهربائي وانخفاض الحرارة. ومع ذلك، فإن تراكم الحرارة يمكن أن يقلل من عمر التركيبات المغلقة.

مقارنة درجات الحرارة

مصابيح LED: تتراوح درجات حرارة السطح من 30 إلى 50 درجة (86 إلى 122 درجة فهرنهايت)، بينما تعمل عند 60 إلى 85 درجة (140 إلى 185 درجة فهرنهايت) عند التقاطع.

قد تصل درجة حرارة خيوط المصابيح المتوهجة إلى 2500 درجة (4532 درجة فهرنهايت)، بينما تتجاوز درجات حرارة السطح 150 درجة (302 درجة فهرنهايت).

قد تصل درجة حرارة كوابح أنابيب الفلورسنت إلى 100 درجة (212 درجة فهرنهايت)، ولكن تتراوح درجات حرارة السطح عادةً بين 40 و50 درجة (104 و122 درجة فهرنهايت).

على الرغم من أن مصابيح LED تعمل بكفاءة أكبر بشكل عام، إلا أن الحرارة الموضعية الخاصة بها تحتاج إلى التحكم بعناية لمنع "الهروب الحراري"، وهي حالة تتدهور فيها كفاءة الصمام الثنائي مع ارتفاع درجات الحرارة.

لماذا يعد ارتفاع درجة الحرارة مهمًا: المخاطر والتداعيات

يمكن أن تؤدي إدارة حرارة LED غير الكافية إلى:

انخفاض العمر الافتراضي: يتسارع تدهور التجويف بسبب درجات الحرارة المرتفعة. في حالة ارتفاع درجة حرارة مصابيح LED ذات معدل 50000 ساعة، قد تفشل خلال 10000 ساعة.

تحول اللون: تحدث تغيرات اللون غير المرغوب فيها، مثل الصبغات الزرقاء، بسبب الحرارة التي تكسر طبقات الفوسفور في مصابيح LED البيضاء.

فقدان الكفاءة: تؤدي الحرارة الزائدة إلى زيادة مقاومة أشباه الموصلات، مما يقلل من كمية الضوء المنتجة لكل واط.

مخاطر السلامة: على الرغم من أنه من النادر أن يؤدي ارتفاع درجة الحرارة لفترة طويلة إلى الإضرار بالسائقين أو التسبب في اشتعال النيران في المواد القابلة للاحتراق في التركيبات ذات البناء السيئ.

تحليل التركيبات المغلقة

بدون تهوية كافية، تتعرض مصابيح LED المستخدمة في التركيبات المغلقة-مثل مصابيح السقف الغائرة-لسخونة زائدة بشكل متكرر. نظرًا لأن مصابيح LED التقليدية قد تفشل في وقت مبكر جدًا في المناطق المحصورة، تشير الشركات المصنعة إلى ما إذا كانت اللمبة مصنفة لمثل هذه البيئات.

الابتكارات في الإدارة الحرارية لتصميم LED

تم تعزيز التحسينات في الهندسة وعلوم الموادقادتبديد الحرارة:
1. التكنولوجيا المعروفة باسم Chip-on-Board (COB)

من خلال تركيب العديد من الثنائيات مباشرة على الركيزة، تقوم مصابيح COB LED بتوزيع الحرارة عبر مساحة سطح أكبر. يتم زيادة الكفاءة وانخفاض درجات حرارة الوصلات نتيجة لذلك.
2. العبوات المصنوعة من السيراميك

توفر الأغطية المصنوعة من السيراميك، على عكس الأغطية البلاستيكية، موصلية حرارية فائقة ومرونة في مواجهة الإجهاد الحراري في مصابيح LED-المتطورة.
3. التراجع الحراري الذكي

من أجل منع الضرر، لدى بعض السائقين أجهزة استشعار تقوم، في حالة ارتفاع درجة الحرارة عن الحدود المقبولة، بتعتيم أو إيقاف تشغيل مؤشر LED.
4. المبددات الحرارية المصنوعة من الجرافين

تُستخدم طبقات الجرافين في مصابيح LED التجريبية لتحسين تبديد الحرارة، مما قد يغير الإدارة الحرارية تمامًا.

تطبيقات مصابيح LED والمصابيح التقليدية: مقارنة

يتأثر مكان وكيفية استخدام بعض المصابيح بالإخراج الحراري:
البيئات المنزلية

إذا تم التقييم بشكل صحيح،أضواء أنبوب LEDمثالية للإعدادات الخافتة والتركيبات المغلقة وأضواء المهام. الأماكن ذات التهوية غير الكافية معرضة لخطر ارتفاع درجة الحرارة.

المصابيح المتوهجة: يتم التخلص منها تدريجياً بسبب عدم كفاءتها ومخاطر الحريق.

لا ينبغي استخدام مصابيح الفلورسنت في المنازل بسبب أوقات تسخينها البطيئة-ومحتواها من الزئبق.

البيئات التجارية/الصناعية

نظرًا لتصميماتها المتينة ومشتتاتها الحرارية القوية، تعد مصابيح LED معيارًا صناعيًا للإضاءة العالية-واللافتات والمساحات الخارجية.

الهاليد المعدني/HPS: لا تزال بعض المستودعات تستخدم مصابيح -قديمة ذات تفريغ عالي الكثافة (HID)، ولكن يلزم استبدالها بشكل متكرر وتنتج قدرًا كبيرًا من الحرارة.

أفضل الطرق لتجنب ارتفاع درجة حرارة LED

حدد التركيبة المناسبة: بالنسبة لمصابيح LED ذات القدرة العالية-، استخدم تركيبات مفتوحة أو جيدة التهوية-.

التحقق من تقييمات العلبة: إذا لزم الأمر، تأكد من أن الأضواء معتمدة للمناطق المغلقة.

تجنب الإفراط في تشغيل مصابيح LED: يزداد خرج الحرارة عندما يكون الجهد أكبر من الموصى به.

الصيانة المتكررة: للحفاظ على استمرار تدفق الهواء، يمتص الغبار الحرارة.

مصابيح LED أكثر برودة ولكنها لا تزال عرضة للحرارة.

تعد مصابيح LED أكثر أمانًا وأكثر توفيرًا للطاقة-من المصابيح المتوهجة أو مصابيح الفلورسنت لأنها تنتج حرارة محيطة أقل. ومع ذلك، يلزم التحكم الحراري الدقيق نظرًا لإخراج الحرارة الموضعي عند تقاطع أشباه الموصلات. توفر مصابيح LED الحديثة قدرة تحمل وكفاءة لا مثيل لها مع تقليل خطر ارتفاع درجة الحرارة بفضل المشتتات الحرارية والمواد المتطورة والتصميم الذكي. سوف تستمر مصابيح LED في الأداء بشكل أفضل مع تقدم التكنولوجيا بفضل التطورات مثل تبريد الجرافين والحلول الحرارية التكيفية، مما يضمن مكانتها كإضاءة المستقبل.

إن معرفة هذه الإرشادات تمكن الشركات والأفراد من استخدام مصابيح LED بكفاءة، مما يضمن أعلى أداء في البيئات التجارية والصناعية والسكنية.

https://www.benweilight.com/linear-lighting/led-باتن-light/led-قابل للربط-led-باتن-ضوء-ip65.html