En elektrisk komponent som används för att avge ljus i ett utrymme kallas en belysningsarmatur. Orden "high bay" och "low bay" belysning, som främst definierar området och höjden på de berörda taken, används ofta i belysningsbranschen. En belysningsarmatur som kallas high bay armatur är gjord för industrianläggningar som är upphöjda över marken eller en arbetsyta. Tillämpningar för belysning med hög vik kan innefatta belysningssystem gjorda för användning i "höga utrymmen" såsom lager, industrianläggningar, stora detaljhandelsanläggningar, sportarenor eller liknande, där taket kan vara 30 fot eller högre.
Jämfört med konventionella HID high bays ger LED high bay armaturer ett antal fördelar, inklusive minskad energiförbrukning, bättre uteffekter vid högre drivströmmar, längre livslängd, ökad robusthet, mindre storlek, snabbare omkoppling och exceptionell hållbarhet och pålitlighet. Komplexiteten som orsakas av LED-överhettning är dock ett allvarligt problem med användningen av solid-state belysning.
Värme- och ljuskällan är LED
Halvledardioden är grunden för halvledarbelysningsanordningar, som representeras av lysdioder. Elektroner och hål förenas igen när dioden är framåtspänd (aktiverad eller påslagen), vilket frigör energi i form av ljus. Dessa optoelektroniska enheter producerar värme som en konsekvens av att energi omvandlas till ljus, vilket, om det tillåts byggas upp, kan öka arbetstemperaturen, vilket resulterar i försämrad effektivitet och tidigt fel. Förmågan att kontrollera en korsnings temperatur och nå den idealiska drifttemperaturen i stationärt tillstånd avgör ofta en lysdiods prestanda. sämre ljuseffekt, sämre armatureffektivitet, en dominerande våglängd och ännu kortare förväntad livslängd är ofta korrelerade med en högre korsningstemperatur. Lysdiodens korsningstemperatur har en betydande inverkan på både dess totala effektivitet och L70-livslängd. För en lysdiod för galliumnitrid (GaN) kan livslängden minskas med 10 kHrs (1000 timmar) för varje 10 graders ökning av korsningstemperaturen (över 25 grader). Effektiviteten hos lysdioderna kommer att minska med mer än 10 procent om korsningstemperaturen höjs från 40 grader till 70 grader. För att upprätthålla prestanda och reglera drifttemperaturen för LED-armaturen för en viss förändring av korsningstemperaturen och omgivningstemperaturen, måste lämpliga lösningar för värmehantering utarbetas.
Områden med höga omgivningstemperaturer kräver hög belysning
Belysningsarmaturer är ofta monterade vid eller nära taket i höga byggnader. För att ge tillräcklig belysning används ofta högeffekts-LED i dessa lampor. Den elektriska strömmen som ges till en lysdiod och lysdiodens driftstemperatur påverkar båda hur mycket ljus den producerar. Höga elektriska drivsignaler kan användas för att driva lysdioder med högt ljusflöde, men detta leder ofta till att lysdioderna arbetar vid höga temperaturer. Dessutom fungerar högviktsapplikationer vanligtvis i miljöer som är mer frätande och allvarliga än låga applikationer. Särskilt i tillverkningsanläggningar som stålverk, gjuterier och glasproduktionsanläggningar kan höga miljöer ha högre omgivningstemperaturer, mer luftburet damm och oljepartiklar. En lysdiod kan skadas av värmen som produceras av dess medföljande kretsar när den arbetar i en hölje med lite utrymme och/eller i en miljö med höga omgivningstemperaturer.
Som ett resultat är det viktigt att hantera värmen som produceras inuti LED-armaturen samtidigt som du använder högeffektsbelysning i områden med höga omgivningstemperaturer. Termisk hantering avser ett systems förmåga att ta bort överskottsvärmen från den höga armaturen som ackumuleras vid korsningen, vilket ofta kan försämra fosforn och förkorta lampans livslängd. Med användningen av förstklassiga armaturmaterial, förbättrad värmeavledningsdesign och till och med temperatursensorer som automatiskt minskar ljuset när för mycket värme byggs upp, förbättrar LED-tillverkare alltid sina konstruktioner för högre temperaturer.
Använd högkvalitativa lysdioder för att överleva
I allmänhet är högkvalitativa lysdioder hållbara komponenter som kan fungera i varma miljöer. Till exempel kan CREE XM-L lysdioder fungera vid en korsningstemperatur på upp till 150 grader. Den relativa ljuseffekten för LED-armaturer sjunker med bara 10 procent vid en omgivningstemperatur på 60 grader jämfört med den relativa ljuseffekten vid 25 grader. Termiskt motstånd är en term som används för att beskriva en enhets totala kapacitet att transportera värme i LED-sektorn. Den värmespridande anslutningen och förpackningen av själva lysdioderna har utformats med minimala termiska motståndsvägar. Den maximala effekt som kan förbrukas i ett LED-paket beror på dess termiska motstånd såväl som dess maximala arbetstemperatur. Det termiska motståndet mellan LED-övergången och omgivande luft bestämmer den maximala framströmmen. Starka LED-övergångstemperaturer är resultatet av stor värmeuppbyggnad inuti lysdioder med starkt termiskt motstånd. När detta inträffar kan effekterna av ökande korsningstemperatur i lysdioden balansera effekterna av stigande framåtström, vilket gör att lysdioden bibehåller eller till och med minskar sin ljuseffekt trots ökningar i framåtströmmen. För att maximera armaturens livslängd och optiska egenskaper är det avgörande att armaturen är konstruerad på ett sätt som minimerar värmebeständigheten från lödpunkten till omgivningen. OSRAM Opto Semiconductors-presenterade OSLON Square LED-familjen har ett lågt termiskt motstånd på bara 3,8 K/W, vilket fungerar särskilt bra i höga omgivningstemperaturer och kan uppnå en livslängd på betydligt mer än 50,000 timmar även vid höga temperaturer temperaturer på upp till 135 grader i lysdioden. Baserat på konstant strömdrift med kopplingstemperatur som hålls vid eller under 120 grader erbjuder Lumileds LUXEON K2 vita lysdioder 70 procent lumenunderhåll vid 50,000 timmars drift vid en framåtström på 1000 mA. Den kan fungera med liten effektförlust vid korsningstemperaturer så höga som 150 grader.
Termisk kontroll: en avgörande aspekt av systemets prestanda
En effektiv termisk design är avgörande för industriella belysningsarmaturer, särskilt de höga utrymmena i UFO-stil där kretsar och lysdioder är placerade i ett slutet hölje, för att sänka driftstemperaturen för sådana optoelektroniska enheter samtidigt som prestanda och tillförlitlighet förbättras. När det kommer till design med höga utrymmen är kylflänsen – som ofta är ett integrerat armaturhus – huvudvikten i den termiska designen. Varje lysdiods koppling och förarhuset är avsedda att kylas av en kylfläns. För att utöka kylflänsens yta och underlätta högre konvektiv värmeväxling med omgivande luft, är kylflänsar ofta gjorda av ett värmeledande material, såsom metall, och har fenor eller kanaler. En inbyggd termisk avluftningskammare som är ingjuten i huset är möjlig. Materialsammansättningen och omgivande faktorer påverkar höghushusets värmeledningsförmåga. Värmeledning är en annan metod för att ta bort spillvärme som baseras på systemets ingående delars geometri. Alla material med hög värmeledningsförmåga kan användas för att tillverka kylflänsar, inklusive men inte begränsat till koppar, aluminium och metallegeringar. Trots att koppar har en värmeledningsförmåga på minst 400 W/mK. På grund av sin relativt höga värmeledningsförmåga och enkel tillverkning är aluminium den metall som väljs för kylflänsar. Aluminiumhöljet kan ha en akrylpulverlackering applicerad på både de inre och yttre ytorna för att förbättra värmeavledning och korrosionsbeständighet.
