Diody LED przetwarzają energię elektryczną w światło, ale wynikiem tego procesu jest wydzielanie ciepła. Niewłaściwe zarządzanie temperaturą jest główną przyczyną awarii diod LED. Dlatego w każdej aplikacji LED należy zadbać o odpowiednie zarządzanie generowanym ciepłem.
W przeciwieństwie do żarówek, diody LED nie emitują ciepła bezpośrednio ze źródła. Przewodzą one ciepło od złącza PN do złącza termicznego na obudowie LED. Złącze termiczne jest umieszczone poniżej matrycy LED i jest przylutowane do płytki PCB, odprowadzając do niej ciepło.
Jak dochodzi do przegrzania diody LED?
Standardowa maksymalna temperatura złącza diody LED wynosi około 150°C, a jej przekroczenie skutkuje zwykle uszkodzeniem diody. Jednak zanim temperatura osiągnie ten krytyczny punkt, można zauważyć szereg zjawisk wpływających na parametry i wydajność diod LED. Na przykład, kolor i jasność diod LED są wrażliwe na wahania temperatury.
- Dominująca długość fali. Jeden z efektów przejawia się w dominującej długości fali emitowanego światła, na którą wpływa temperatura złącza. Wzrost temperatury może prowadzić do przesunięcia długości fal, co skutkuje subtelną zmianą koloru.
- Moc światła. Strumień światła zależy od temperatury złącza. Wraz ze wzrostem temperatury zmniejsza się natężenie strumienia światła. Różne długości fal mają różne poziomy wrażliwości na ten efekt, przy czym światło o barwie pomarańczowej jest najbardziej wrażliwe.
- Żywotność diod LED. Niezawodność diod LED zależy bezpośrednio od temperatury złącza. Wyższa temperatura złącza zwykle skutkuje skróceniem żywotności diod LED i obniżeniem ich wydajności.
- Napięcie przewodzenia. Sytuacja ta występuje, gdy dioda LED jest zasilana stałym napięciem. Wraz ze wzrostem temperatury napięcie przewodzenia spada, co powoduje wzrost natężenia prądu, co może powodować wahania jasności diod LED.
Metody zarządzania termicznego
Odpowiednie zarządzanie termiczne diodami LED, polegające na rozpraszaniu ciepła, zapewnia ich wydajną pracę. Do tego celu najczęściej wykorzystuje się chłodzenie pasywne przy użyciu radiatorów i materiałów termoprzewodzących (TIM), które odprowadzają nadmiar ciepła i chłodzą diody LED. Nadmiar ciepła jest odprowadzany ze złącza LED do radiatora, a następnie uwalniany do otoczenia.
Radiator
Radiator to blok metalu, który odpowiada za pasywne odprowadzanie ciepła z urządzenia elektronicznego i uwalnianie go do otoczenia. Najpopularniejszymi metalami stosowanymi do produkcji radiatorów są żelazo, aluminium i miedź. Miedź wykazuje najwyższą przewodność cieplną, ale jest znacznie droższym rozwiązaniem. Najniższą przewodność cieplną charakteryzuje się żelazo. Natomiast aluminium odznacza się dobrym poziomem przewodności cieplnej i jest najbardziej ekonomiczną opcją. Kształt i konstrukcja radiatora są również kluczowymi czynnikami wpływającymi na efekt chłodzenia. Radiator z wytłaczanymi żeberkami ma większą powierzchnię niż ten bez nich, przez co oddaje ciepło bardziej efektywnie.
Jak materiały termoprzewodzące wpływają na działanie radiatorów
Materiały termoprzewodzące (TIM) wypełniają przestrzenie pomiędzy powierzchnią radiatora a powierzchnią płytki drukowanej LED. Powstaje w ten sposób ciągła warstwa, która skuteczniej odprowadza ciepło z diody LED do radiatora. Ich zastosowanie pozwala więc jeszcze bardziej zwiększyć korzyści płynące z zastosowania radiatora i wydłużyć czas wydajnej pracy diod LED.
Aby zademonstrować ten efekt w praktyce, zamontowaliśmy 1 diodę LED Powerstar na radiatorze i zasilaliśmy ją przez 30 minut. Następnie za pomocą kamery termowizyjnej zmierzyliśmy temperaturę radiatora, aby określić, ile ciepła zostało do niego doprowadzone. Następnie powtórzyliśmy to doświadczenie z tą samą konfiguracją, ale używając kawałka materiału TIM pomiędzy radiatorem a diodą Powerstar.
Na zdjęciu poniżej wyraźnie widać, że więcej ciepła zostało odprowadzone do radiatora, gdy zastosowano TIM. Różnica wynosi prawie 8°C.
Po lewej: LED Powerstar, radiator i brak TIM.
Po prawej: LED Powerstar, radiator i TIM.
Polecane produkty:
