Električna komponenta, ki se uporablja za oddajanje svetlobe v prostor, se imenuje svetilka. Besedi "high bay" in "low bay" razsvetljava, ki v glavnem opredeljujeta območje in višino zadevnih stropov, se pogosto uporabljata v dejavnosti razsvetljave. Svetlobno telo, imenovano svetilka za visoke reže, je narejeno za industrijska mesta, ki so dvignjena nad tlemi ali delovno površino. Aplikacije za osvetlitev visokih prostorov lahko vključujejo sisteme razsvetljave za uporabo v "visokih prostorih", kot so skladišča, industrijski obrati, veliki maloprodajni obrati, športne arene ali podobno, kjer so stropi lahko 30 čevljev ali višji.
V primerjavi z običajnimi HID visokimi svetilkami LED zagotavljajo številne prednosti, vključno z zmanjšano porabo energije, boljšimi izhodi pri višjih pogonskih tokovih, daljšo življenjsko dobo, povečano robustnostjo, manjšo velikostjo, hitrejšim preklapljanjem ter izjemno vzdržljivostjo in zanesljivostjo. Zapletenost, ki jo povzroči pregrevanje LED, pa je resna težava pri uporabi polprevodniške razsvetljave.
Vir toplote in svetlobe je LED
Polprevodniška dioda je osnova polprevodniških svetlobnih naprav, ki jih predstavljajo svetleče diode. Elektroni in luknje se ponovno združijo, ko je dioda usmerjena naprej (aktivirana ali vklopljena), pri čemer se sprosti energija v obliki svetlobe. Te optoelektronske naprave proizvajajo toploto kot posledico pretvarjanja energije v svetlobo, ki bi lahko, če bi se kopičila, zvišala delovno temperaturo, kar bi povzročilo poslabšanje učinkovitosti in zgodnjo odpoved. Zmogljivost nadzora temperature spoja in doseganje idealne stacionarne delovne temperature pogosto določa delovanje LED. slabša svetlobna moč, slabša učinkovitost svetilke, prevladujoča valovna dolžina in celo krajša pričakovana življenjska doba so pogosto povezani z višjo temperaturo spoja. Spojna temperatura LED močno vpliva na njeno splošno učinkovitost in življenjsko dobo L70. Za LED galijev nitrid (GaN) se lahko življenjska doba skrajša za 10 kHrs (1000 ur) za vsakih 10 stopinj dviga temperature spoja (nad 25 stopinj). Učinkovitost LED diod se bo zmanjšala za več kot 10 odstotkov, če se temperatura spoja dvigne s 40 stopinj na 70 stopinj. Da bi ohranili delovanje in uravnavali delovno temperaturo napeljave LED za določeno spremembo temperature spoja in temperature okolja, je treba oblikovati ustrezne rešitve za upravljanje toplote.
Območja z visokimi temperaturami okolja zahtevajo visoko razsvetljavo
Svetlobna telesa so pogosto nameščena na strop ali blizu njega v visokih stavbah. Da bi zagotovili ustrezno osvetlitev, se v teh svetilkah običajno uporabljajo LED diode visoke moči. Električni tok, ki ga daje LED, in delovna temperatura LED vplivata na količino svetlobe, ki jo proizvede. Visoke električne pogonske signale je mogoče uporabiti za pogon LED diod z visokim svetlobnim tokom, vendar to pogosto povzroči, da LED diode delujejo pri visokih temperaturah. Poleg tega aplikacije z visokimi ležišči običajno delujejo v okoljih, ki so bolj korozivne in resne kot aplikacije z nizkimi ležišči. Zlasti v proizvodnih obratih, kot so jeklarne, livarne in obrati za proizvodnjo stekla, imajo lahko visoke temperature okolice višje temperature, več prahu v zraku in oljnih delcev. LED dioda se lahko poškoduje zaradi toplote, ki jo proizvaja njeno spremljajoče vezje med delom v ohišju z malo prostora in/ali v okolju z visoko temperaturo okolja.
Posledično je ključnega pomena upravljanje toplote, proizvedene znotraj LED napeljave, medtem ko uporabljate visoko zmogljivo razsvetljavo na območjih z visokimi temperaturami okolja. Toplotno upravljanje se nanaša na sposobnost sistema, da iz visoke napeljave odstrani odvečno toploto, ki se nabere na stičišču, kar lahko pogosto poslabša fosfor in skrajša življenjsko dobo žarnice. Z uporabo vrhunskih materialov za svetilke, izboljšanim dizajnom odvajanja toplote in celo temperaturnimi senzorji, ki samodejno zmanjšajo svetlobo, ko se nabere preveč toplote, izdelovalci LED vedno izboljšujejo svoje dizajne za višje temperature.
Za preživetje uporabite visokokakovostne LED diode
Na splošno so visokokakovostne LED diode vzdržljive komponente, ki lahko delujejo v vročem okolju. Na primer, LED diode CREE XM-L lahko delujejo pri temperaturi spoja do 150 stopinj. Relativna svetlobna moč LED svetilk pade za samo 10 odstotkov pri temperaturi okolja 60 stopinj v primerjavi z relativno svetlobno močjo pri 25 stopinjah. Toplotna odpornost je izraz, ki se uporablja za opis celotne zmogljivosti naprave za prenos toplote v sektorju LED. Povezava za širjenje toplote in embalaža samih LED diod sta bila zasnovana z minimalno toplotno odpornostjo. Največja moč, ki se lahko razprši v paketu LED, je odvisna od njegove toplotne odpornosti in njegove največje delovne temperature. Toplotni upor med spojem LED in okoliškim zrakom določa največji tok naprej. visoke temperature spoja LED so posledica velikega kopičenja toplote v notranjosti LED z močno toplotno odpornostjo. Ko se to zgodi, lahko učinki naraščajoče temperature spoja v LED uravnotežijo učinke naraščajočega prednjega toka, kar povzroči, da LED ohrani ali celo zmanjša svojo svetlobno moč kljub povečanju prednjega toka. Da bi povečali življenjsko dobo svetilke in optične lastnosti, je ključnega pomena, da je svetilka izdelana tako, da zmanjša toplotno odpornost od točke spajkanja do okolja. Družina OSLON Square LED, ki jo je predstavil OSRAM Opto Semiconductors, ima nizko toplotno odpornost le 3,8 K/W, kar se še posebej dobro obnese pri visokih temperaturah okolja in lahko doseže življenjsko dobo bistveno več kot 50,000 ur tudi pri visokih temperature do 135 stopinj v LED. Na podlagi delovanja s konstantnim tokom in temperaturo spoja, ki se vzdržuje na ali pod 120 stopinjami, bele LED Lumileds LUXEON K2 ponujajo 70-odstotno vzdrževanje lumnov pri 50,000 urah delovanja pri toku naprej 1000 mA. Deluje lahko z majhnimi izhodnimi izgubami pri temperaturah spoja do 150 stopinj.
Toplotni nadzor: ključni vidik delovanja sistema
Učinkovita toplotna zasnova je bistvenega pomena za industrijska svetilna telesa, zlasti za visoka polja v stilu UFO, kjer so vezja in LED diode nameščeni v zaprtem ohišju, da se zniža delovna temperatura takšnih optoelektronskih naprav, hkrati pa se poveča učinkovitost in zanesljivost. Ko gre za zasnove z visokimi odprtinami, je hladilno telo, ki je pogosto integrirano ohišje svetilke, glavni poudarek toplotne zasnove. Vsak spoj LED in ohišje gonilnika sta namenjena hlajenju s toplotnim odvodom. Da bi razširili površino hladilnega telesa in olajšali večjo konvekcijsko izmenjavo toplote z okoliškim zrakom, so hladilni odvodi pogosto izdelani iz toplotno prevodnega materiala, kot je kovina, in imajo rebra ali kanale. Možna je vgrajena toplotna prezračevalna komora, ki se vlije v ohišje. Sestava materiala in okoljski dejavniki vplivajo na toplotno prevodnost ohišja z visokim zalivom. Toplotna prevodnost je še ena metoda za odvajanje odpadne toplote, ki temelji na geometriji sestavnih delov sistema. Za izdelavo toplotnih odvodov se lahko uporabi kateri koli material z visoko toplotno prevodnostjo, vključno z bakrom, aluminijem in kovinskimi zlitinami, vendar ne omejeno nanje. Kljub temu, da ima baker toplotno prevodnost vsaj 400 W/mK. Zaradi relativno visoke toplotne prevodnosti in enostavne izdelave je aluminij izbrana kovina za hladilna telesa. Aluminijasto ohišje ima lahko akrilni praškasti premaz, ki se nanese tako na notranjo kot na zunanjo površino, da izboljša odvajanje toplote in odpornost proti koroziji.
