LED-lamper konverterer elektrisitet til lyseffekt. Varme frigjøres som et biprodukt i denne prosessen. Hovedårsaken til LED-feil er ofte dårlig varmebehandling. Derfor må man ved all bruk av LED-lamper vurdere hvor mye varme LED-lampene skaper og hvordan man skal håndtere denne varmen.
I motsetning til filamentglødepærer utstråler ikke LED-lamper varme direkte fra selve LED-lampen. De leder heller varme fra PN- koblingen til varmepluggen på LED-pakken. Varmepluggen kobles ikke til elektrisk, men loddes til PCB. Den sitter under LED- og trekker varmen gjennom den og inn i PCB-kortet.
Hva skjer når en LED-lampe overopphetes?
Normalt er den maksimale grensesjikttemperaturen for en standard LED-lampe rundt 150 °C. Når LED-lamper overskrider sin optimale temperatur, kan det oppstå full LED-svikt. Men før LED-svikten kan man se andre virkninger på LED-parametrene og ytelse. Visste du for eksempel at LED-farge og -lysstyrke er temperaturfølsomme?
- Effekter på dominant bølgelengde. Dette er blant annet avhengig av grensesjikttemperatur. En økning i grensesjikttemperatur kan øke bølgelengder, noe som vil føre til et visst fargeskift.
- Effekter på lysutgang. Det finnes en relasjon mellom grensesjikttemperatur og lysfluks. Etter hvert som temperaturer øker, vil lysfluks falle. Ulike bølgelengder har ulike nivåer av følsomhet for denne effekten, hvorav ravgul er mest følsom.
- Effekter på LED-levetid. LED-pålitelighet er en direkte funksjon av grensesjikttemperatur. En høyere grensesjikttemperatur fører ofte til en redusert LED-levetid og redusert ytelse.
- Effekter på ledespenning. Dette kan forårsake problemer når en LED-lampe drives ved konstant spenning, når temperaturen stiger vil ledespenningen falle, noe som fører til en økning i strøm som deretter kan føre til variasjon i lysstyrken til LED-lampene.
Temperaturstyringsmetoder
Varmebehandling av LED-lamper ved å spre varme vil sikre at LED-lampene fungerer effektivt. En av de vanligste metodene for å gjøre dette er passiv kjøling ved å bruke kjøleelementer og varmegrensesnittmateriale (TIM), for å lede den overdrevne varmen og avkjøle LED-lampene. På denne måten vil den overflødige varmen bli ledet fra LED- til kjøleelementet, hvorpå det deretter stråles inn i de omkringliggende omgivelsene.
Kjøling
Et kjøleelement er rett og slett en blokk metall som fungerer som en passiv enhet og trekker varme bort fra en elektronisk enhet og sprer den i luften. De vanligste metallene som brukes for kjøling er jern, aluminium og kobber. Kobber har en tendens til å ha den høyeste varmeledningsevnen, men er en mye dyrere løsning. Jern har en tendens til å ha den laveste varmeledningsevnen. Selv om aluminium fortsatt har et produktivt nivå av varmeledningsevne for en mer kostnadseffektiv pris. Formen og designen til et kjøleelement er også nøkkelfaktorer for å muliggjøre kjøleeffekten. Et kjøleelement med ekstruderte finner har et større overflateområde enn et uten. Dette betyr at varme kan stråles bort mer effektivt.
Hvordan TIM forsterke fordelene ved kjøling
Varmegrensesnittmateriale (TIM) fyller luftlommene mellom overflatene av kjøleelementet og overflaten til LED PCB. Gjennom å gjøre dette danner TIM et kontinuerlig lag for å lede varme mer effektivt bort fra LED-lampen til kjøleelementet. Dermed kan bruken ytterligere øke fordelene ved et kjøleelement og muliggjøre effektiv drift av LED-lamper i lengre tid.
For å vise denne effekten i praksis tok vi en 1 LED Powerstar festet til et kjøleelement og betjente den i 30 minutter. Etter at denne tiden hadde gått, brukte vi et varmekamera til å måle temperaturen på kjøleelementet for å fastslå hvor mye varme som hadde blitt trukket i det. Deretter gjentok vi øvelsen med det samme oppsettet, men brukte TIM mellom kjøleelementet og Powerstar.
Fra øyeblikksbildet nedenfor er det tydelig at mer varme har blitt trukket inn i kjøleelementet når TIM har blitt brukt. Med en forskjell på nesten 8 °C.
Venstre: LED Powerstar, kjøleelement og uten TIM.
Høyre: LED Powerstar, kjøleelement og TIM.
Relaterte produkter:
