En elektrisk komponent som brukes til å sende ut lys inn i et rom, kalles en lysarmatur. Ordene "high bay" og "low bay" belysning, som hovedsakelig definerer området og høyden på de involverte takene, brukes ofte i belysningsbransjen. En belysningsarmatur kalt en høybuktsarmatur er laget for industriområder som er hevet over bakken eller en arbeidsflate. Bruksområder for belysning med høye bukter kan omfatte belysningssystemer laget for bruk i "høye bukter" som varehus, industrianlegg, store detaljhandelsbedrifter, sportsarenaer eller lignende, der tak kan være 30 fot eller høyere.
Sammenlignet med konvensjonelle HID høyrom gir LED-høytliggende armaturer en rekke fordeler, inkludert redusert energiforbruk, bedre ytelser ved høyere kjørestrømmer, lengre levetid, økt robusthet, mindre størrelse, raskere veksling og eksepsjonell holdbarhet og pålitelighet. Kompleksiteten forårsaket av LED-overoppheting er imidlertid et alvorlig problem med bruken av solid-state belysning.
Varme- og lyskilden er LED
Halvlederdioden er grunnlaget for solid state belysningsenheter, som er representert av lysdioder. Elektroner og hull går sammen igjen når dioden er forspent (aktivert eller slått på), og frigjør energi i form av lys. Disse optoelektroniske enhetene produserer varme som en konsekvens av å omdanne energi til lys, som, hvis de tillates å bygge seg opp, kan øke arbeidstemperaturen, noe som resulterer i effektivitetsforringelse og tidlig feil. Kapasiteten til å kontrollere et krysss temperatur og nå den ideelle driftstemperaturen i stabil tilstand bestemmer ofte en LEDs ytelse. dårligere lyseffekt, dårligere armatureffektivitet, en dominerende bølgelengde og enda kortere forventet levetid er ofte korrelert med en høyere overgangstemperatur. LED-ens koblingstemperatur har en betydelig innflytelse på både dens totale effektivitet og L70-levetid. For en galliumnitrid (GaN) LED kan levetiden reduseres med 10 kHrs (1000 timer) for hver 10 graders økning i overgangstemperaturen (over 25 grader). Effektiviteten til lysdiodene vil reduseres med mer enn 10 prosent hvis krysstemperaturen økes fra 40 grader til 70 grader. For å opprettholde ytelsen og regulere driftstemperaturen til LED-armaturen for en viss endring i overgangstemperaturen og omgivelsestemperaturen, må de riktige termiske styringsløsningene utformes.
Områder med høye omgivelsestemperaturer krever høy belysning
Lysarmaturer monteres ofte i eller nær taket i høyhus. For å gi tilstrekkelig belysning brukes høyeffekts LED-er ofte i disse lampene. Den elektriske strømmen som gis til en LED og driftstemperaturen til LED påvirker begge hvor mye lys den produserer. Høye elektriske drivsignaler kan brukes til å drive lysdioder med høy lysstrøm, men dette fører ofte til at lysdiodene fungerer ved høye temperaturer. I tillegg fungerer høye applikasjoner vanligvis i innstillinger som er mer etsende og alvorlige enn applikasjoner med lav bukt. Spesielt i produksjonsanlegg som stålfabrikker, støpestøperier og glassproduksjonsanlegg, kan høye bukter ha høyere omgivelsestemperaturer, mer luftbårent støv og oljepartikler. En LED kan bli skadet av varmen som produseres av dens medfølgende kretser mens den arbeider i et kabinett med liten plass og/eller i et miljø med høye omgivelsestemperaturer.
Som et resultat er det avgjørende å håndtere varmen som produseres inne i LED-armaturen mens du bruker høyeffektsbelysning i områder med høye omgivelsestemperaturer. Termisk styring refererer til et systems kapasitet til å fjerne overskuddsvarmen som samler seg ved krysset fra den høye armaturen, noe som ofte kan forringe fosforet og forkorte lampens levetid. Med bruk av førsteklasses armaturmaterialer, forbedret varmeavledningsdesign og til og med temperatursensorer som automatisk reduserer lyset når det bygges opp for mye varme, forbedrer LED-produsenter alltid designene sine for høyere temperaturer.
Bruk lysdioder av høy kvalitet for å overleve
Generelt er lysdioder av høy kvalitet holdbare komponenter som kan fungere i varme omgivelser. For eksempel kan CREE XM-L LED-er fungere ved en krysstemperatur på opptil 150 grader. Den relative lyseffekten til LED-armaturer synker med bare 10 prosent ved omgivelsestemperaturer på 60 grader sammenlignet med relativ lyseffekt ved 25 grader. Termisk motstand er et begrep som brukes for å beskrive en enhets totale kapasitet til å transportere varme i LED-sektoren. Varmespredningstilkoblingen og innpakningen til selve LED-ene er designet med minimale termiske motstandsbaner. Den maksimale effekten som kan forsvinne i en LED-pakke avhenger av dens termiske motstand så vel som dens maksimale arbeidstemperatur. Den termiske motstanden mellom LED-overgangen og omgivende luft bestemmer den maksimale foroverstrømmen. Sterke LED-krysstemperaturer skyldes stor varmeoppbygging inne i LED-er med sterk termisk motstand. Når dette skjer, kan effekten av økende overgangstemperatur i LED-en balansere effekten av stigende foroverstrøm, noe som får LED-en til å opprettholde eller til og med redusere lysutgangsnivået til tross for økninger i foroverstrømmen. For å maksimere armaturens levetid og optiske egenskaper er det avgjørende at armaturen er konstruert på en måte som minimerer varmemotstanden fra loddepunktet til omgivelsene. OSRAM Opto Semiconductors-presenterte OSLON Square LED-familien har en lav termisk motstand på bare 3,8 K/W, som yter spesielt godt i høye omgivelsestemperaturer og kan oppnå en levetid på betydelig mer enn 50,000 timer selv ved høye temperaturer temperaturer på opptil 135 grader i LED. Basert på konstant strømdrift med overgangstemperatur opprettholdt på eller under 120 grader, tilbyr Lumileds LUXEON K2 hvite LED-er 70 prosent lumenvedlikehold ved 50,000 timers drift ved en foroverstrøm på 1000 mA. Den kan fungere med lite utgangstap ved overgangstemperaturer så høye som 150 grader.
Termisk kontroll: Et avgjørende aspekt av systemytelse
En effektiv termisk design er avgjørende for industrielle lysarmaturer, spesielt de høye buktene i UFO-stil hvor kretser og lysdioder er plassert i et lukket hus, for å senke driftstemperaturen til slike optoelektroniske enheter samtidig som ytelsen og påliteligheten forbedres. Når det kommer til design med høye rom, er kjøleribben – som ofte er et integrert armaturhus – hovedvekten i den termiske designen. Hvert lysdiodekryss og driverhuset er beregnet på å kjøles av en kjøleribbe. For å utvide kjøleribbens overflate og lette høyere konvektiv varmeveksling med luften rundt, er kjøleribber ofte laget av et varmeledende materiale, som metall, og har finner eller kanaler. Et innebygd termisk ventilasjonskammer som er støpt inn i huset er mulig. Materialsammensetningen og omgivelsesfaktorene påvirker høyhushusets varmeledningsevne. Termisk ledning er en annen metode for å fjerne spillvarme som er basert på systemets komponentdelers geometri. Ethvert materiale med høy varmeledningsevne kan brukes til å lage kjøleribber, inkludert men ikke begrenset til kobber, aluminium og metallegeringer. Til tross for at kobber har en varmeledningsevne på minst 400 W/mK. På grunn av sin relativt høye varmeledningsevne og enkle produksjon, er aluminium det foretrukne metallet for kjøleribber. Aluminiumshuset kan ha et akrylpulverbelegg påført både den indre og ytre overflaten for å forbedre varmeavledning og korrosjonsbestandighet.
