Elektrický komponent používaný na vyžarovanie svetla do priestoru sa označuje ako osvetľovacie teleso. Slová „high bay“ a „low bay“ osvetlenie, ktoré definujú hlavne plochu a výšku príslušných stropov, sa často používajú v oblasti osvetlenia. Osvetľovacie teleso nazývané high bay svietidlo je vyrobené pre priemyselné areály, ktoré sú vyvýšené nad zemou alebo pracovnou plochou. Aplikácie pre osvetlenie výškových priestorov môžu zahŕňať osvetľovacie systémy vyrobené na použitie vo „výškových priestoroch“, ako sú sklady, priemyselné závody, veľké maloobchodné prevádzky, športové arény a podobne, kde môžu byť stropy 30 stôp alebo vyššie.
V porovnaní s konvenčnými HID vysokými poliami poskytujú LED svietidlá s vysokými poliami množstvo výhod, vrátane zníženej spotreby energie, lepších výstupov pri vyšších budiacich prúdoch, dlhšej životnosti, zvýšenej robustnosti, menšej veľkosti, rýchlejšieho spínania a výnimočnej odolnosti a spoľahlivosti. Zložitosti spôsobené prehriatím LED sú však vážnym problémom pri použití polovodičového osvetlenia.
Zdrojom tepla a svetla je LED
Polovodičová dióda je základom polovodičových osvetľovacích zariadení, ktoré predstavujú svetelné diódy. Elektróny a diery sa znova spoja, keď je dióda posunutá dopredu (aktivovaná alebo zapnutá), čím sa uvoľňuje energia vo forme svetla. Tieto optoelektronické zariadenia produkujú teplo v dôsledku premeny energie na svetlo, ktoré, ak sa nechá nahromadiť, môže zvýšiť pracovnú teplotu, čo má za následok zhoršenie účinnosti a skoré zlyhanie. Schopnosť regulovať teplotu križovatky a dosiahnuť ideálnu ustálenú prevádzkovú teplotu často určuje výkon LED. horší svetelný výkon, horšia účinnosť svietidla, dominujúca vlnová dĺžka a ešte kratšia očakávaná životnosť často korelujú s vyššou teplotou prechodu. Teplota prechodu LED má značný vplyv na jej celkovú účinnosť a životnosť L70. V prípade LED diódy z nitridu gália (GaN) môže byť životnosť znížená o 10 kHs (1000 hodín) na každých 10 stupňov nárastu teploty spoja (nad 25 stupňov). Účinnosť LED sa zníži o viac ako 10 percent, ak sa teplota spoja zvýši zo 40 stupňov na 70 stupňov. Aby sa zachoval výkon a regulovala prevádzková teplota svietidla LED pri určitej zmene teploty spoja a teploty okolia, musia byť navrhnuté správne riešenia tepelného manažmentu.
Oblasti s vysokými okolitými teplotami vyžadujú vysoké osvetlenie zálivu
Osvetľovacie telesá sú často namontované na strope alebo blízko stropu vo výškových budovách. Na zabezpečenie dostatočného osvetlenia sa v týchto lampách bežne používajú vysokovýkonné LED diódy. Elektrický prúd privádzaný do LED a prevádzková teplota LED ovplyvňujú množstvo svetla, ktoré produkuje. Na riadenie LED diód s vysokým svetelným tokom možno použiť vysoké elektrické riadiace signály, avšak často to vedie k tomu, že LED diódy pracujú pri vysokých teplotách. Okrem toho aplikácie s vysokými šachtami zvyčajne fungujú v nastaveniach, ktoré sú korozívnejšie a závažnejšie ako aplikácie s nízkymi šachtami. Najmä vo výrobných zariadeniach, ako sú oceliarne, zlievarne a sklárske závody, môžu vysoké nastavenia vane mať vyššie teploty okolia, viac poletujúceho prachu a olejových častíc. LED sa môže poškodiť teplom produkovaným jej sprievodnými obvodmi pri práci v kryte s malým množstvom priestoru a/alebo v prostredí s vysokou okolitou teplotou.
V dôsledku toho je dôležité riadiť teplo produkované vo vnútri svietidla LED pri používaní vysokovýkonného osvetlenia v oblastiach s vysokou okolitou teplotou. Tepelný manažment sa vzťahuje na schopnosť systému odstrániť z vysokého svietidla prebytočné teplo, ktoré sa hromadí na spoji, čo často môže zhoršiť fosfor a skrátiť životnosť lampy. Vďaka použitiu prvotriednych materiálov svietidiel, vylepšeného dizajnu odvádzania tepla a dokonca aj teplotných senzorov, ktoré automaticky znížia intenzitu osvetlenia, keď sa nahromadí príliš veľa tepla, výrobcovia LED neustále zlepšujú svoje návrhy pre vyššie teploty.
Na prežitie používajte vysokokvalitné LED diódy
Vo všeobecnosti sú vysokokvalitné LED diódy odolné komponenty, ktoré môžu fungovať v horúcom prostredí. Napríklad LED diódy CREE XM-L môžu fungovať pri teplote spojenia až 150 stupňov. Relatívny svetelný výkon LED svietidiel klesá len o 10 percent pri okolitej teplote 60 stupňov v porovnaní s relatívnym svetelným výkonom pri 25 stupňoch. Tepelný odpor je termín používaný na opis celkovej kapacity zariadenia prenášať teplo v sektore LED. Zapojenie rozvádzajúce teplo a balenie samotných LED diód boli navrhnuté s minimálnymi dráhami tepelného odporu. Maximálny výkon, ktorý môže byť rozptýlený v LED puzdre, závisí od jeho tepelného odporu, ako aj od jeho maximálnej pracovnej teploty. Tepelný odpor medzi prechodom LED a okolitým vzduchom určuje maximálny dopredný prúd. vysoké teploty spojov LED sú výsledkom veľkého nahromadenia tepla vo vnútri LED so silným tepelným odporom. Keď k tomu dôjde, účinky rastúcej teploty prechodu v LED môžu vyvážiť účinky stúpajúceho dopredného prúdu, čo spôsobí, že LED si udrží alebo dokonca zníži svoju úroveň svetelného výkonu napriek zvýšeniu dopredného prúdu. Aby sa maximalizovala životnosť svietidla a optické vlastnosti, je dôležité, aby svietidlo bolo skonštruované tak, aby sa minimalizoval tepelný odpor od spájkovaného bodu do okolia. Rad OSLON Square LED prezentovaný OSRAM Opto Semiconductors má nízky tepelný odpor iba 3,8 K/W, ktorý funguje obzvlášť dobre pri vysokých okolitých teplotách a môže dosiahnuť životnosť výrazne viac ako 50{11}} hodín aj pri vysokých teploty až 135 stupňov v LED. Biele LED diódy Lumileds LUXEON K2, založené na prevádzke s konštantným prúdom s teplotou spoja udržiavanou na 120 stupňoch alebo pod nimi, ponúkajú 70 percent zachovania lúmenu pri 50,{17}} hodinách prevádzky pri doprednom prúde 1 000 mA. Môže pracovať s malými stratami na výstupe pri teplotách prechodu až do 150 stupňov.
Tepelná kontrola: Rozhodujúci aspekt výkonu systému
Efektívny tepelný dizajn je nevyhnutný pre priemyselné svietidlá, najmä vysoké polia v štýle UFO, kde sú obvody a LED diódy umiestnené v uzavretom kryte, aby sa znížila prevádzková teplota takýchto optoelektronických zariadení a zároveň sa zvýšil výkon a spoľahlivosť. Pokiaľ ide o dizajn s vysokými šachtami, hlavným dôrazom tepelného dizajnu je chladič – ktorý je často integrovaným krytom svietidla. Každý spoj LED a kryt ovládača sú určené na chladenie chladičom. Aby sa zväčšila povrchová plocha chladiča a uľahčila sa vyššia konvekčná výmena tepla s okolitým vzduchom, chladiče sú často vyrobené z tepelne vodivého materiálu, ako je kov, a majú rebrá alebo kanály. Je možná vstavaná tepelná odvzdušňovacia komora, ktorá je zaliata do krytu. Zloženie materiálu a okolité faktory ovplyvňujú tepelnú vodivosť krytu s vysokými šachtami. Tepelné vedenie je ďalšou metódou na odstraňovanie odpadového tepla, ktorá je založená na geometrii komponentov systému. Na výrobu chladičov možno použiť akýkoľvek materiál s vysokou tepelnou vodivosťou, vrátane, ale nie výlučne, medi, hliníka a kovových zliatin. Napriek tomu, že meď má tepelnú vodivosť minimálne 400 W/mK. Vďaka svojej relatívne vysokej tepelnej vodivosti a jednoduchosti výroby je hliník preferovaným kovom pre chladiče. Hliníkový kryt môže mať akrylový práškový náter aplikovaný na vnútorný aj vonkajší povrch, aby sa zlepšil odvod tepla a odolnosť proti korózii.
