طريقة أكثر موثوقية وفعالة للتحليل الحراري لل LED
نشر PHILPS (فيليبس LumiLEDs) للخبير لومينز الدكتور ميهير كروجر مقالا عن طريقة حساب الحرارة فعالة مقالة LED الموصوفة في الآونة الأخيرة بالتفصيل عن هذه العملية يمكن أن تزيد من دقة التحليل الحراري لل LED الأبيض وتحليله المبسط. فيما يلي النص الكامل لمقال الدكتور ميهير كروجر.

واليوم ، لا يزال التحليل الحراري لمصباح LED الأبيض عبارة عن علم غير منتهي. يمكن لمعظم مصابيح LED ومصنعي أجهزة الإضاءة الاعتماد فقط على بيانات غير كاملة وغير دقيقة أو غامضة لتحديد أداء معدات LED في التطبيقات ذات الصلة ، فقد يؤدي ذلك غالبًا إلى هندسة تصميم بالوعة الحرارة الزائدة.

في الوقت الحاضر ، عادة ما تستخدم طريقة كفاءة تحويل الطاقة (WPE) لحساب الطاقة اللازمة لتحويل LED إلى إشعاع ضوئي ، والحرارة الفعلية الناتجة عن LED. عيب WPE هو أن النتائج من كل من أجهزة LED في نفس نطاق المنتج تختلف بشكل كبير ، مما يجعل من الصعب على المصابيح ومصنعي الإضاءة مقارنة منتجات LED. علاوةً على ذلك ، غالبًا ما تكون WPE مرتبطة ببيئة التشغيل. سنقدم طريقة بسيطة ومباشرة لحساب قيمة LED الحرارية استناداً إلى كفاءة الإضاءة الإشعاعية (LER). لا يزال التحويل الأبيض الأكثر تقدما والمتغير الفلورسنت LED بصفة عامة ثابتا ، لذلك يمكن لمصمم المنور استخدام هذه الصيغة لتقدير الحرارة الناتجة عن جهاز LED بسرعة.

الصمام وتبديد الحرارة
في تجارب المحاكاة الحرارية ، يتم تصميم LED في بعض الأحيان كمسخن بسيط مقاوم ، ومن المفترض أن كل الطاقة الكهربائية لدخول LED تترجم إلى حرارة وتبتعد بدورها عن المنور. لكن هذه الفرضية لها مشكلة ، وهي محافظة للغاية: فالمصابيح الفلورية العالية السطوع ستحول الضوء الأبيض بشكل عام إلى 30٪ من الطاقة الكهربائية الداخلة إلى الضوء ، ويمكن أن تتعدى قوة تحويل الضوء الأزرق إلى حد كبير 50٪. ونتيجة لذلك ، تكون الطاقة الإجمالية المطلوبة لتسخين LED ذو السطوع العالي عادة أقل من إجمالي الطاقة التي يتم تسليمها إلى LED.

إذا تم دمج سعة التسخين المنخفضة هذه بشكل غير صحيح في المحاكاة الحرارية ، فإن درجة الحرارة الداخلية المرغوبة لمصباح الإضاءة ستكون مرتفعة جدًا ، وسيتطلب تصميمًا أكثر تعقيدًا وفعالية من حيث التكلفة للحوض الحراري. هذا مهم بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب تباعد حرارة محددة (5W-10W) من لوحات PCB الصغيرة وأحواض الحرارة ، مثل لمبة LED المعدلة. لتقييم الأداء الحراري الكلي لمصباح الإنارة أو المصباح ، يجب على المصمم النظر بشكل معقول في نسبة الطاقة الواردة إلى الضوء والحرارة.

اليوم ، يتم تعريف طريقة WPE المستخدمة بشكل شائع في صناعة LED على أنها نسبة الطاقة الإجمالية لإشعاع LED إلى الطاقة الإجمالية LED الداخلة. بما أن WPE تعتمد على التدفق الاسمي والجهد لمصباح LED وهي دالة قوية لتيار التشغيل الفعلي ودرجة حرارة الاتصال ، فإن النتائج تختلف بين أجهزة LED المختلفة في نفس فئة المنتج. لذلك ، بالنسبة لفئة منتجات LED محددة ، من الصعب تحديد قيمة WPE نموذجية لظروف محرك الأقراص المختلفة ، تدفق ، ومجموعات BIN الجهد.

كفاءة مضيئة
وعلى النقيض من ذلك ، فإن استخدام كفاءة الإشعاع (LER) أكثر إقناعا من WPE في التقييم الحراري لتطبيقات LED ، حيث يمكن للأول قياس كمية الضوء المرئية المضيئة لمصادر الضوء. وبشكل أكثر تحديدًا ، يتم تعريف LER على أنه إجمالي التدفق التكيفي لمصدر الضوء (Liu Ming) مقسومًا على إجمالي الطاقة المشعة (Watt). يمكن أن تكون قيمة الصمام من LER مباشرة من توزيع الطاقة الطيفية للإشعاع (عادة ما يتم طباعتها على ورقة بيانات الجهاز) ، وعلى عكس WPE ، فإن قيمة LER لا ترجع إلى التدفق الاسمي والجهد أو تغيرات التيار الفعلية وتغيرات درجة الحرارة المتصلة . نظرًا لقيمة LER ، يمكن حساب القيمة الحرارية الإجمالية لـ LED بالصيغة التالية:

PHILPS Lumileds: طريقة أكثر موثوقية وفعالة للتحليل الحراري وحساب LED
حيث يمثل رمز الماس قيمة LER ، وإذا كان يمثل تيار محرك الأقراص ، و Vf يمثل الضغط الأمامي تحت ظروف التشغيل ، ويمثل phi V مجموع التدفق الضوئي في ظل ظروف التشغيل. على سبيل المثال ، بالنسبة لقيمة LER نموذجية لمصابيح LED البيضاء 300mm / Wrad محولة ، بافتراض أن تيار القيادة هو 1000mA ، التدفق الضوئي للضغط الإيجابي 300lm هو 2.9V ، ثم وفقا للصيغة أعلاه يمكن حساب القيمة الحرارية الكلية هي 1.9W .

إن التقدم المحرز في عملية إنتاج LED البيضاء الفلورسنت الحالية يجعل من الممكن التحكم في نقطة اللون الدقيقة لنفس فئة المنتج LED ، لذلك تكون قيم LER متسقة. في الواقع ، على سبيل المثال ، أطلقت PHILPS Lumileds (Philips) وغيرها من الشركات المصنعة أحدث مستوى الإضاءة LED (3 خطوات MacAdam ellipse) وقد حققت التحكم في اللون ممتازة. هذا يسمح للشركة المصنّعة بتحديد مطبوع

إن التقدم المحرز في عملية إنتاج LED البيضاء بالفلورسنت الحالية يجعل من الممكن التحكم في نقطة اللون الدقيقة لنفس فئة المنتج LED ، لذلك تكون قيم LER متسقة. في الواقع ، على سبيل المثال ، أطلقت PHILPS Lumileds (Philips) وغيرها من الشركات المصنعة أحدث مستوى الإضاءة LED (3 خطوات MacAdam ellipse) وقد حققت التحكم في اللون ممتازة. يسمح ذلك للشركة المصنّعة بتحديد قيمة LER نموذجية لكل LED الخاص بـ CCT معين والذي يمثل نفس فئة المنتج.

لقد بدأت PHILPS الآن في استخدام قيمة LER في نظام LED ، مما يجعل نظام LED الخاص بتصميم أجهزة الكمبيوتر الحاسبة يمكن أن يكون أداة للعثور على مؤشرات الأداء الرئيسية لتطبيقات الإضاءة النهائية ، بما في ذلك نظام انبعاث الحرارة والضوء. ونتيجة لذلك ، يمكن لـ PHILPS مساعدة المصممين على تصميم المصابيح والإضاءة بسهولة أكبر والتي تلبي المتطلبات المتوقعة وتكاليف أقل مرتبطة بالمصارف الحرارية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن استخدام قيم LER يجعل من الأسهل مقارنة نفس فئات LED في الشركات المصنعة المختلفة ، وتحسين الشفافية وتبسيط عملية مواصفات LED.
