I LED convertono l’energia elettrica in luce. Durante questo processo, il calore viene rilasciato come sottoprodotto. La causa principale dei guasti dei LED è spesso una cattiva gestione termica. Pertanto, qualsiasi applicazione che utilizzi i LED dovrà considerare la quantità di calore generata dai LED e come gestirla.
A differenza delle lampadine a incandescenza, i LED non irradiano calore direttamente dal LED stesso, ma conducono il calore dalla giunzione PN allo slug termico sul pacchetto LED. Lo slug termico non è collegato elettricamente, ma è saldato al PCB. Si trova al di sotto del dado del LED e convoglia il calore attraverso di esso nella scheda PCB.
Cosa succede quando un LED si surriscalda?
In genere, la temperatura massima di giunzione di un LED standard è di circa 150°C. Quando i LED superano la loro temperatura ottimale, si può verificare un guasto totale del LED. Ma prima del guasto del LED, si possono notare altri impatti sui parametri e sulle prestazioni del LED. Ad esempio, sapete che il colore e la luminosità dei LED sono sensibili alla temperatura?
- Effetti sulla lunghezza d’onda dominante Questo dipende, tra l’altro, dalla temperatura di giunzione. Un aumento della temperatura di giunzione può incrementare le lunghezze d’onda, causando un leggero spostamento del colore.
- Effetti sull’emissione luminosa. Esiste una relazione tra la temperatura di giunzione e il flusso luminoso. Quando la temperatura aumenta, il flusso luminoso diminuisce. Le diverse lunghezze d’onda hanno diversi livelli di sensibilità a questo effetto, con l’ambra che è la più sensibile.
- Effetti sulla durata dei LED L’affidabilità dei LED è direttamente influenzata dalla temperatura di giunzione. Un aumento della temperatura di giunzione spesso causa una diminuzione della durata di vita dei LED e delle loro prestazioni.
- Effetti della tensione di alimentazione. Quando un LED opera a tensione costante, un aumento della temperatura comporta una diminuzione della tensione di alimentazione, aumentando così la corrente e potenzialmente variando la luminosità dei LED.
Metodi di gestione termica
La gestione termica dei LED tramite la dispersione del calore contribuisce a mantenere efficiente il loro funzionamento. Uno dei metodi più comuni per farlo è il raffreddamento passivo, che impiega dissipatori e materiali di interfaccia termica (TIM) per condurre il calore in eccesso e raffreddare i LED. In questo processo, il calore in eccesso viene condotto dalla giunzione del LED al dissipatore, da dove viene poi irradiato nell’ambiente circostante.
Dissipatore
Un dissipatore è essenzialmente un blocco di metallo che agisce come dispositivo passivo, allontanando il calore da un dispositivo elettronico e disperdendolo nell’aria. I metalli più comuni utilizzati per i dissipatori sono il ferro, l’alluminio e il rame. Il rame ha tendenzialmente la maggiore conducibilità termica, ma rappresenta anche una soluzione più costosa. Il ferro, invece, tende ad avere una conducibilità termica inferiore. Mentre l’alluminio mantiene un buon livello di conducibilità termica a un prezzo più conveniente, anche la forma e il design del dissipatore giocano un ruolo fondamentale nell’effetto di raffreddamento. Un dissipatore con alette estruse offre una superficie maggiore rispetto a uno senza, consentendo un’irradiazione più efficiente del calore.
Come il TIM migliora i vantaggi del dissipatore di calore
Il materiale di interfaccia termica (TIM) riempie gli spazi d’aria tra la superficie del dissipatore e quella del PCB del LED. In questo modo, il TIM forma uno strato continuo che conduce il calore in modo più efficace dal LED al dissipatore. Pertanto, il suo utilizzo può aumentare ulteriormente i vantaggi di un dissipatore e consentire ai LED di funzionare in modo efficiente per periodi più lunghi.
Per dimostrare questo effetto nella pratica, abbiamo preso un Powerstar a 1 LED montato su un dissipatore e lo abbiamo alimentato per 30 minuti. Trascorso questo tempo, abbiamo utilizzato una termocamera per misurare la temperatura del dissipatore e determinare la quantità di calore assorbita. Abbiamo quindi ripetuto l’esercizio con la stessa configurazione, ma utilizzando un pezzo di TIM tra il dissipatore e il Powerstar.
Dall’istantanea qui sotto, è chiaro che il calore è stato assorbito maggiormente dal dissipatore quando è stato utilizzato il TIM, con una differenza di quasi 8°C.
A sinistra: LED Powerstar, dissipatore di calore e nessun TIM.
A destra: LED Powerstar, dissipatore e TIM.
Prodotti correlati
