Lysdioder förvandlar elektricitet till ljus. Under den här processen avges värme som en biprodukt. Den främsta orsaken till fel på lysdioder är ofta bristfällig värmehantering. Därför måste alla tillämpningar som använder lysdioder ta hänsyn till hur mycket värme som skapas av lysdioderna och hur den här värmen ska hanteras.
Till skillnad från glödlampor med glödtråd avger lysdioder inte värme direkt från lysdioden. I stället leder de värme från PN-kopplingen till värmemanteln på lysdiodkapseln. Värmemanteln är inte elektriskt ansluten, utan är fastlödd i kretskortet. Den sitter bakom lysdiodens hållare och drar värme genom sig och vidare till kretskortet.
Vad händer när en lysdiod överhettas?
Normalt sett är den maximala temperaturen i kopplingen för en standardlysdiod cirka 150 °C. När lysdioderna överskrider den optimala temperaturen, kan lysdioderna gå sönder. Innan lysdioderna går sönder kan du dock se annan påverkan på lysdiodernas parametrar och prestanda. Visste du till exempel att lysdiodernas färg och ljusstyrka är temperaturkänsliga?
- Effekter på den dominanta våglängden. Detta beror bland annat på kopplingens temperatur. En höjning av kopplingens temperatur kan öka våglängderna, vilket resulterar i en mindre färgskiftning.
- Inverkan på ljuseffekten. Det finns en relation mellan kopplingens temperatur och ljusflödet. När temperaturerna ökar, minskar ljusflödet. Olika våglängder är olika känsliga för den här effekten, där orange är mest känsligt.
- Effekter på lysdiodens livstid. Lysdiodernas tillförlitlighet är en direkt funktion av kopplingens temperatur. Högre temperatur i kopplingen leder ofta till kortare livslängd för lysdioden och sämre prestanda.
- Effekter på framspänning. Detta kan leda till problem om en lysdiod används med konstant spänning. När temperaturen stiger, sjunker framspänningen. Detta resulterar i ökad ström, vilket i sin tur kan leda till variationer i lysdiodernas ljusstyrka.
Metoder för värmehantering
Om du hanterar värmen i lysdioderna genom att sprida ut den bidrar detta till att lysdioderna fungerar effektivt. Ett av de vanligaste sätten att göra detta är passiv kylning med hjälp av kylelement och värmeledande material (TIM), som leder bort överskjutande värme och kyler lysdioderna. På så vis leds överskjutande värme bort från lysdiodens koppling till kylelementet, varifrån den strålas ut i omgivningen.
Använda kylelement
Ett kylelement är i praktiken ett metallstycke som fungerar som en passiv enhet och leder värme från en elektronisk enhet för att sprida den i luften. De vanligaste metallerna som används i kylelement är järn, aluminium och koppar. Koppar har den högsta förmågan att leda värme, men är en mycket dyrare lösning. Järn har ofta den lägsta värmeledande förmågan. Aluminium har en godtagbar förmåga att leda värme till ett mer kostnadseffektivt pris. Kylelementets form och design är också viktiga faktorer för kyleffekten. Ett kylelement med extruderade flänsar har en större yta än vanliga kylelement. Detta innebär att värmen kan ledas bort mer effektivt.
Hur värmeledande material ökar fördelarna med användning av kylelement
Värmeledande material (TIM) fyller luftfickorna mellan kylelementets yta och ytan på lysdiodens kretskort. Därmed bildar det värmeledande materialet ett enhetligt lager som leder bort värmen mer effektivt från lysdioden till kylelementet. Användningen kan ytterligare öka fördelarna med kylelementet och gör att dina lysdioder fungerar effektivt under längre tid.
För att visa den här effekten i praktiken tog vi en Powerstar med en lysdiod, monterade den på ett kylelement och lät den vara på i 30 minuter. När den här tiden hade gått mätte vi kylelementets temperatur med en värmekamera för att fastställa hur mycket värme den hade absorberat. Sedan upprepade vi den här övningen, men med ett värmeledande material mellan kylelementet och Powerstar.
Av bilden nedan framgår tydligt att mer värme överfördes till kylelementet när vi använde värmeledande material. Skillnaden var nästan 8 °C.
Vänster: lysdiod Powerstar, kylelement och inget värmeledande material.
Höger: lysdiod Powerstar, kylelement och värmeledande material.
Relaterade produkter:
