4 จุดทางเทคนิคของการควบคุมอุณหภูมิการทำงานของ LED กำลังสูง

การประยุกต์ใช้อุปกรณ์ให้แสงสว่าง LED กำลังแรงสูงนั้นกว้างขึ้นและกว้างขึ้น และความสว่างของการส่องสว่างของ LED กำลังสูงนั้นแท้จริงแล้วเป็นสัดส่วนกับกระแสของมัน และกระแสไฟไปข้างหน้าของ LED กำลังสูงก็จะเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิด้วย วันนี้ผมจะพาทุกคนมาเรียนรู้เกี่ยวกับสาเหตุของอุณหภูมิปม LED และวิธีการกระจายความร้อนของแหล่งกำเนิดแสงเซมิคอนดักเตอร์ LED ในทศวรรษที่ผ่านมาของการพัฒนา ประสิทธิภาพแสง LED สูงขึ้นเรื่อย ๆ ต้นทุนลดลงเรื่อย ๆ และสีสันมีความสมบูรณ์ยิ่งขึ้นและสมบูรณ์ยิ่งขึ้น ทำให้ LED กำลังสูงเป็นแหล่งทำความสะอาดที่มีประสิทธิภาพ ประหยัดพลังงาน เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และปลอดภัยในอนาคตอันใกล้ อย่างไรก็ตาม ปัญหาการกระจายความร้อนของไฟ LED กำลังสูงยังคงเป็นคอขวดของการพัฒนาที่สำคัญในการใช้งานในด้านแสงสว่าง เป็นเหตุผลสำคัญที่ต้องจำกัดแหล่งกำเนิดแสงรุ่นใหม่ ข้อมูลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าเมื่อชิป LED มีแสงส่องสว่างเมื่ออุณหภูมิปมของชิป LED อยู่ที่ 25 C จากนั้นเมื่ออุณหภูมิของปมเพิ่มขึ้นถึง 60 C ปริมาณการส่องสว่างจะเป็นเพียง 90% เมื่ออุณหภูมิปมถึง 100 C จะลดลงถึง 80% ; 140 C เป็นเพียง70% จะเห็นได้ว่าการปรับปรุงอุณหภูมิของปุ่มควบคุมการกระจายความร้อนเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพการส่องสว่าง หากปัญหาการกระจายความร้อนของไฟ LED กำลังแรงสูงไม่ได้รับการแก้ไข อุณหภูมิในการทำงานของไฟ LED จะเพิ่มขึ้น และอุณหภูมิของปมจะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้โครมา LED ถูกชดเชย ดัชนีการแสดงสีจะลดลง อุณหภูมิสีจะเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพการเปล่งแสงลดลงและอายุการใช้งานจะสั้นลง ความสว่างของการส่องสว่างของ LED กำลังสูงนั้นแปรผันตามกระแสของมันจริงๆ หากมีการควบคุมฟลักซ์แสงเอาต์พุตของ LED กำลังสูง ก็จะเทียบเท่ากับการควบคุมความสว่างของการส่องสว่าง กระแสบวกของ LED กำลังสูงจะเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมสูงกว่าค่าที่กำหนด (เราเรียกว่าอุณหภูมิความปลอดภัย) กระแสไฟ LED ไปข้างหน้าจะลดลงอย่างกะทันหัน ในขณะนี้ หากกระแสไฟยังคงเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จะทำให้อายุการใช้งาน LED ลดลง ดังนั้น ณ เวลานี้จึงต้องมีมาตรการที่สอดคล้องกัน เมื่อกระแสไฟเข้าของหลอดไฟฟองสบู่และอุณหภูมิโดยรอบเปลี่ยนไป กระแสไฟบวก LED กำลังสูงสามารถควบคุมได้ทันเวลา ใช้เทคโนโลยีการชดเชยอุณหภูมิเพื่อปรับกระแสไฟขาออกแบบไดนามิกตามอุณหภูมิแวดล้อม และตรวจสอบอุณหภูมิของ LED แบบเรียลไทม์ เพื่อให้ไฟ LED กำลังสูงที่สภาวะอุณหภูมิสูงจะลดกระแสไฟโดยอัตโนมัติ 1. สถานะปัจจุบันของผลิตภัณฑ์ไฟ LED กำลังสูง "พื้นผิวชิปอลูมิเนียม - โหมดโครงสร้างสามชั้นของหม้อน้ำ" ถูกใช้โดยโคมไฟ LED ขนาดใหญ่ส่วนใหญ่ในตลาดปัจจุบัน นั่นคือชิปบรรจุภัณฑ์แรกบนพื้นผิวอลูมิเนียม เพื่อสร้างโมดูลแหล่งกำเนิดแสง LED จากนั้นจึงติดตั้งโมดูลแหล่งกำเนิดแสงบนหม้อน้ำเพื่อให้คุณสามารถสร้างโคมไฟ LED กำลังสูงได้ ในปัจจุบัน การใช้ LED ในการแสดงไฟและไฟสัญญาณตั้งแต่เนิ่นๆ ถูกใช้เป็นระบบจัดการระบายความร้อนสำหรับ LED กำลังสูง โหมดการจัดการความร้อนนี้จำกัดเฉพาะการใช้ LED กำลังไฟฟ้าขนาดเล็ก ไฟ LED กำลังสูงที่เตรียมโดยโหมดโครงสร้างสามชั้น ยังมีสถานที่ที่ไม่สมเหตุสมผลอีกมากมายในแง่ของโครงสร้างระบบ เช่น อุณหภูมิปมสูง ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนต่ำ ความต้านทานความร้อนสัมผัสระหว่างโครงสร้างมากขึ้น ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนต่ำ ต้านทานความร้อนที่สัมผัสได้มากขึ้น เป็นผลให้ความร้อนที่ปล่อยออกมาจากชิปไม่สามารถกระจายและส่งออกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้ไฟ LED ซีดจาง เอฟเฟกต์แสงน้อย และอายุการใช้งานสั้น เนื่องจากข้อจำกัดของปัจจัยหลายประการ เช่น โครงสร้าง ต้นทุน และการใช้พลังงาน ไฟ LED กำลังสูงจึงยากที่จะนำกลไกการกระจายความร้อนแบบแอคทีฟมาใช้ และสามารถใช้ได้เพียงกลไกการกระจายความร้อนแบบพาสซีฟเท่านั้น แต่การกระจายความร้อนแบบพาสซีฟมีข้อจำกัดอย่างมาก และประสิทธิภาพการแปลงพลังงานในปัจจุบันของ LED ยังคงมีประสิทธิภาพ ไม่สูงมากนัก ประมาณ 70% ของพลังงานอินพุตสามารถเปลี่ยนเป็นความร้อนได้ แม้ว่าเอฟเฟกต์แสงจะเพิ่มขึ้น 40% พลังงานจะถูกแปลงเป็นความร้อน กล่าวคือ ยากที่จะเพิ่มระดับการกระจายความร้อนโดยไม่คำนึงถึงการกระจายความร้อน 2. ลักษณะของแหล่งกำเนิดแสง LED นั้นแตกต่างจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ทั่วไป หลอดไส้ และหลอดฮาโลเจน แหล่งกำเนิดแสง LED เซมิคอนดักเตอร์ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์และประกอบด้วย PN จุดฝังเข็มแบบอิเล็กทรอนิคส์จะสร้างแสงที่มองเห็นได้ผ่านคอมโพสิต PN แนะแนวบวก Tong ตัดกลับ ซึ่งพื้นที่ N ตรงกับขั้วลบ และพื้นที่ P สอดคล้องกับขั้วบวก แหล่งกำเนิดแสงเซมิคอนดักเตอร์ LED มีข้อดีของประสิทธิภาพการเปล่งแสงสูง เวลาตอบสนองสั้น ปริมาณขนาดเล็ก การประหยัดพลังงาน และข้อดีอื่น ๆ นอกจากนี้ยังมีลักษณะของแหล่งกำเนิดแสงแบบดั้งเดิม: 2.1 มีลักษณะของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ PN ที่คล้ายกัน: 1) แรงดันกระแสบวกและแรงดันไปข้างหน้าเป็นค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบซึ่งจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 2) แรงดันไฟบวก ต้องเกินเกณฑ์ที่กำหนดเพื่อสร้างกระแส 3) เมื่อย้อนกลับจะไม่มีกระแสใดไม่ทำงาน 2.2 มีข้อ จำกัด อุณหภูมิในการทำงานหลายประการ ข้อมูลเฉพาะมีดังนี้ 1) ความสว่างของ LED และกระแสบวกแสดงความสัมพันธ์ของเส้นโค้ง เมื่ออุณหภูมิของปมเกินค่าหนึ่ง ความสว่างจะลดลงตามกระแสที่ลดลงสู่กระแส 2) คุณต้องจำกัดอุณหภูมิของปมให้ต่ำกว่าค่าพิกัด 95 C ถึง 125 C; 3) หากพื้นผิวประกอบด้วยเลนส์พลาสติก จะถูกจำกัดโดยอุณหภูมิจุดหลอมเหลวของวัสดุเลนส์ 3. ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับอุณหภูมิปม LED 3.1 สาเหตุของไข้ LED ที่เกิดจากไข้ LED เป็นเพราะพลังงานที่เพิ่มเข้ามาไม่ได้ถูกเปลี่ยนรูปทั้งหมดเป็นพลังงานแสงและบางส่วนได้ถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน ปัจจุบันประสิทธิภาพแสงของ LED ในตลาดอยู่ที่ประมาณ 100 LM/W กล่าวอีกนัยหนึ่งประมาณ 70% ของพลังงานไฟฟ้าสูญเสียไปในรูปของพลังงานความร้อน โดยทั่วไป มีสองปัจจัยที่นำไปสู่การผลิตอุณหภูมิปม LED เฉพาะเจาะจงดังนี้ 1) ประสิทธิภาพควอนตัมภายใน เมื่อการฝังเข็มและคอมโพสิตอิเล็กทรอนิกส์ถูกประกอบเข้าด้วยกัน พวกมันไม่สามารถผลิตโฟตอนได้ทั้งหมด ซึ่งมักเรียกว่า "กระแสรั่วไหล" ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้อัตราการโหลดของโซน PN ลดลง แรงดันไฟรั่วและกระแสไฟคือกำลังการกระจายของส่วนนี้ กล่าวคือ การแปลงเป็นพลังงานความร้อน แต่ส่วนนี้ไม่ใช่ส่วนประกอบหลัก เนื่องจากเทคโนโลยีปัจจุบันสามารถทำให้ประสิทธิภาพโฟตอนภายในของ LED ใกล้เคียงกับ 90 %. 2) ประมาณ 30% ของประสิทธิภาพควอนตัมภายนอก สาเหตุหลักประการหนึ่งคือโฟตอนที่เกิดจากโหลดมอนไม่สามารถเปลี่ยนเป็นภายนอกของชิปได้ แต่เปลี่ยนเป็นความร้อน แม้ว่าหลอดไส้จะมีค่าเพียง 15LM/W แต่สุดท้ายจะปล่อยพลังงานไฟฟ้าออกมาในรูปของพลังงานแสง แม้ว่าพลังงานรังสีส่วนใหญ่เป็นอินฟราเรดและเอฟเฟกต์แสงจะต่ำมาก แต่ก็ได้รับการยกเว้นจากปัญหาการกระจายความร้อน ปัญหาการกระจายความร้อนของ LED ค่อยๆ กลายเป็นจุดสนใจของผู้คน เนื่องจากอายุการใช้งานของ LED หรือการสลายตัวของแสงนั้นสัมพันธ์โดยตรงกับอุณหภูมิของปม หากปัญหาการกระจายความร้อนไม่ได้รับการจัดการอย่างดี 3.2 วิธีการลดอุณหภูมิปม LED ควบคุมกำลังไฟฟ้าเข้าที่กำหนด การออกแบบโครงสร้างการกระจายความร้อนทุติยภูมิ ลดความต้านทานความร้อนระหว่างโครงสร้างการกระจายความร้อนทุติยภูมิและอินเทอร์เฟซการติดตั้ง LED ให้น้อยที่สุด ลดอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมโดยรอบ ลดความต้านทานความร้อนของ LED 4. วิธีการกระจายความร้อนแหล่งกำเนิดแสง LED เซมิคอนดักเตอร์ โดยทั่วไปหม้อน้ำสามารถแบ่งออกเป็นการกระจายความร้อนแบบพาสซีฟและการกระจายความร้อนแบบแอคทีฟตามวิธีการกำจัดความร้อน การกระจายความร้อนแบบพาสซีฟที่เรียกว่าหมายถึงความร้อนที่เกิดจากแหล่งกำเนิดความร้อนจากแหล่งกำเนิดแสง LED ไปยังอากาศผ่านแผงระบายความร้อน ผลการกระจายความร้อนเป็นสัดส่วนกับขนาดของแท็บเล็ตการกระจายความร้อน แต่ผลการกระจายความร้อนนี้ค่อนข้างไม่น่าพอใจ ในอุปกรณ์หรือสำหรับการกระจายความร้อนของพลังงานต่ำและความร้อนต่ำ อุปกรณ์ส่วนใหญ่ใช้การกระจายความร้อนแบบแอคทีฟ การกระจายความร้อนแบบแอคทีฟคือการนำความร้อนจากแผงระบายความร้อนผ่านอุปกรณ์บางอย่างอย่างแข็งขัน ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนที่สูงขึ้นเป็นคุณสมบัติหลักของการกระจายความร้อนแบบแอคทีฟและมีปริมาตรค่อนข้างน้อย อีกวิธีหนึ่งคือการสร้างส่วนประกอบ LED โดยใช้อิเล็กโทรด "แนวตั้ง" เนื่องจากมีอิเล็กโทรดโลหะอยู่ที่ปลายด้านบนและด้านล่างของส่วนประกอบ LED จึงสามารถช่วยแก้ปัญหาการกระจายความร้อนได้ดียิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่น ใช้วัสดุพิมพ์ GAN เป็นวัสดุ เนื่องจากพื้นผิว GAN เป็นวัสดุนำไฟฟ้า อิเล็กโทรดสามารถเชื่อมต่อโดยตรงภายใต้พื้นผิวเพื่อให้ได้ประโยชน์จากการกระจายตัวที่รวดเร็วและแสง แต่เนื่องจากต้นทุนวัสดุที่สูง วิธีการนี้จะมีราคาแพงกว่าต้นทุนแบบดั้งเดิมมาก พื้นผิวไพลินซึ่งจะเพิ่มต้นทุนการผลิตของส่วนประกอบ