一, principes techniques et défis de gestion thermique d'une mauvaise dissipation de chaleur
Le système de dissipation de chaleur des lampes linéaires LED se compose généralement de puces, substrats, matériaux conducteurs thermiques, dissipateurs de chaleur et coquilles . Le chemin de transfert de chaleur est: CHIPS LED → Substrats conducteurs thermiques → Équipements de chaleur → Air . Le problème de la thermage de la mauvaise résistance à la tj). Seuil (généralement inférieur ou égal à 120 degrés) .
Analyse des sources de résistance thermique
Résistance thermique de l'interface: la résistance thermique de contact entre la puce et le substrat, ainsi qu'entre le substrat et le dissipateur de chaleur (représentant environ 30% -50% de la résistance thermique totale), est affectée par des facteurs tels que la planté de surface, la pression et l'épaisseur de graisse thermique .
Résistance thermique du matériau: la conductivité thermique du substrat d'aluminium (1-3 w / m · k) est beaucoup plus faible que celle du cuivre (400W / m · k), et les lampes linéaires LED de haute puissance nécessitent des substrats en cuivre ou en céramique .
Résection thermique de convection: La convection naturelle a une faible efficacité de dissipation de la chaleur, et il est nécessaire d'augmenter la zone des ailettes de dissipation thermique ou de la convection de force (ventilateur) pour améliorer la capacité de dissipation thermique .
Relation quantitative entre la température de la jonction et les performances
Selon le modèle d'Arrhenius, la durée de vie de LED est liée de façon exponentielle à la température de la jonction:
L₂ = L₁ × 2^(ΔT/10)
(L ₁ est la durée de vie initiale, δ t est le changement de température de la jonction)
Par exemple, si la température de la jonction passe de 85 degrés à 115 degrés, la durée de vie sera raccourcie à 1/8 de l'original .
2, cinq problèmes de base causés par une mauvaise dissipation thermique
1. Accélération de la décroissance de la lumière et du décalage de la température de couleur
Mécanisme d'atténuation de la lumière: une température élevée entraîne une diminution de l'efficacité de la poudre fluorescente et l'efficacité quantique de la puce . Le taux d'atténuation annuel du flux lumineux peut atteindre 15% -30% (la conception normale doit être inférieure à ou égal à 3%) .
Débus de température de couleur: À mesure que la température de la jonction augmente, le composant lumineux bleu augmente et la température de couleur peut passer de 4000K à plus de 5000K, affectant le confort d'éclairage .
Cas: En raison d'une mauvaise dissipation de la chaleur, le flux lumineux d'une lumière LED linéaire dans un certain centre commercial a diminué à 65% de sa valeur initiale après un an d'utilisation, et la température de couleur a changé de 800k, ce qui a entraîné une augmentation de 40% du taux de plainte du client .
2. La durée de vie raccourcie et les coûts de maintenance accrus
Panne de puce: une température élevée provoque une rupture de fil d'or et un détachement de joint de soudure, conduisant à des circuits ouverts ou courts .
FAISSE DE CONDANT: La durée de vie du condensateur électrolytique du conducteur est raccourcie à moins de 1000 heures à des températures élevées (la conception normale doit être 5000-10000) .
Comparaison des coûts: le coût de remplacement annuel causé par une mauvaise dissipation de la chaleur est 3-5 fois celui des solutions de dissipation de chaleur de haute qualité .
3. Risques de sécurité et risques d'incendie
Vieillissement des matériaux: une température à haute température accélère le vieillissement des matériaux tels que les couvercles PC et les joints de silicone, conduisant à une diminution de la transmittance de la lumière et à la défaillance des performances imperméables .
Runage thermique: Si la température de la jonction dépasse 150 degrés, elle peut provoquer un épuisement des puces ou même un incendie . un entrepôt d'usine a pris feu en raison de la surchauffe des lumières linéaires LED, entraînant des pertes économiques directes dépassant 2 millions de yuans .
4. Augmentation du scintillement et de l'interférence électromagnétique (EMI)
Surchauffe du lecteur: une température élevée provoque une dérive du paramètre des composants dans le lecteur, entraînant des fluctuations accrues de courant de sortie et le déclenchement du scintillement .
Détérioration de l'EMI: La conception déraisonnable du dissipateur de chaleur peut entraîner des effets d'antenne et un rayonnement dépassant la norme, affectant les dispositifs électroniques environnants .
5. Performances instables et diminution de l'efficacité énergétique
Dérive thermique: l'augmentation de la température de la jonction entraîne une diminution de la tension directe (VF), et le conducteur doit ajuster dynamiquement le courant pour maintenir la luminosité, augmentant la complexité du système .
Réduction de l'efficacité énergétique: l'efficacité quantique des LED diminue à des températures élevées, et l'efficacité lumineuse réelle peut diminuer de 120 lm / p à moins de 90 lm / w .
3, cas de l'industrie et analyse des échecs
Cas 1: défaillance du lot des lumières linéaires LED dans un tunnel de métro
Phénomène de défaut: Après 6 mois d'installation, 30% des lampes ont montré une dégradation légère dépassant 50% et un scintillement sévère .
Résultats des tests:
La température de jonction mesurée a atteint 135 degrés (valeur de conception inférieure ou égale à 95 degrés);
L'épaisseur de la graisse de silicone conductrice thermique entre le radiateur et le substrat dépasse 0,3 mm (la norme doit être inférieure ou égale à 0,1 mm);
L'espacement entre les nageoires du radiateur de profil en aluminium est trop petit, ce qui entrave la convection naturelle .
Solution: Utilisez 0 . 1 mm graisse de graisse de silicone conducteur thermique, optimisez la disposition des ailettes de radiateur, réduisez la température de la jonction à 88 degrés et réduisez le taux de défaillance à moins de 1%.
Cas 2: plainte concernant l'écart de température de couleur des lumières linéaires LED dans un hôtel haut de gamme
Phénomène de défaut: Après 1 an d'utilisation, la température de couleur est passée de 3000K à 4500k, et le client a demandé un remplacement complet .
Cause première:
Le conducteur n'adopte pas de conception de source de courant constante et le courant augmente avec l'augmentation de la température de la jonction;
La résistance à la température de la formule de poudre fluorescente est insuffisante et l'efficacité d'excitation diminue à des températures élevées .
Mesures d'amélioration: Améliorez le pilote en un mode double de courant constant et de tension constante, passez en poudre fluorescente résistante à haute température et améliorez la stabilité de la température de couleur à ± 150k .
4, solutions d'optimisation de dissipation de chaleur et tendances technologiques
1. Optimisation de la conception du système de refroidissement
Mise à niveau des matériaux: remplacer les substrats d'aluminium traditionnels par des substrats au nitrure d'aluminium (ALN) (conductivité thermique de 170W / m · k) .
Innovation structurelle:
Technologie de dissipation thermique des microcanaux: les canaux de micro-échelle sont formés à l'intérieur du dissipateur de chaleur par la gravure laser pour améliorer l'efficacité de la convection;
Matériel de dissipation de chaleur du changement de phase (PCM): Remplissez le dissipateur de chaleur avec du PCM tel que la cire de paraffine et utilisez la chaleur latente du changement de phase pour absorber la chaleur instantanée .
Cas: Une certaine marque de lampe linéaire LED adopte la dissipation de chaleur des microcanaux, ce qui réduit le volume du dissipateur thermique de 30% et abaisse la température de la jonction de 15 degrés .
2. Contrôle de la température intelligent et dissipation de chaleur active
Surveillance des thermocouples: intégrer les thermocouples près de la puce pour fournir une rétroaction en temps réel sur la température de la jonction au conducteur .
Régulation de la vitesse du ventilateur: Lorsque la température de la jonction dépasse le seuil, le ventilateur commencera automatiquement à améliorer l'efficacité de la dissipation de chaleur .
Comparaison de l'efficacité énergétique: La solution de contrôle de la température intelligente peut désactiver le ventilateur de la lampe à de faibles charges, économisant 20% -30% Energy .
3. Technologie de simulation et conception standardisée
Logiciel de simulation thermique: Utilisez des outils tels que ANSYS Icepak pour simuler le transfert de chaleur et optimiser la taille et la disposition des dissipateurs de chaleur .
Normes de l'industrie: adhérez à LM -80 (test d'atténuation de la lumière), TM -21 (estimation de la vie), IEC 62717 (exigences de performance) et d'autres spécifications pour garantir que la conception de la dissipation de chaleur peut être vérifiée quantitativement .
4. Exploration des technologies de dissipation de chaleur émergentes
Film de dissipation de chaleur du graphène: conductivité thermique de 5300W / m · k, l'épaisseur peut être contrôlée dans 0 . 03 mm.
Dissie de chaleur de refroidissement du liquide: introduction d'un système de refroidissement liquide à microcanal dans les lampes linéaires LED à ultra-élection, la température de la jonction peut être contrôlée en dessous de 65 degrés .
5, mesures préventives et guide de l'utilisateur
Suggestions d'achat
Priorisez la sélection des produits qui ont réussi la certification UL et CE et affichez les données de température de la jonction dans le rapport LM -80 .
Évitez de choisir des lumières linéaires LED bon marché sans dissipateurs de chaleur ou avec des boîtes en plastique .
Spécifications d'installation
Assurer une bonne ventilation dans l'espace d'installation des luminaires d'éclairage, en évitant un contact étroit avec le plafond ou bloquant les trous de dissipation de chaleur .
Les environnements à haute température (tels que les cuisines et les salles de chaudière) nécessitent l'utilisation d'éclairage avec un niveau de protection IP65 et une dissipation de chaleur forcée .
Points de maintenance
Nettoyez la poussière de surface du radiateur tous les six mois pour éviter l'accumulation de poussière et l'augmentation de la résistance thermique .
Vérifiez régulièrement la température de surface du luminaire d'éclairage à l'aide d'un thermomètre infrarouge, et s'il dépasse 65 degrés, étudiez immédiatement .
