نقش هیت سینک در لامپ LED و حرارت لامپ ال‌ای‌دی

در این مقاله قصد داریم در رابطه با حرارت لامپ ال‌ای‌دی و اهمیت نقش هیت سینک در لامپ LED برایتان توضیحاتی را ارائه کنیم.

هیت سینک چیست؟

یکی از مهمترین قطعات لامپ LED قسمت خنک کننده آن می باشد. بر عکس تصور اشتباه بسیاری مبنی بر اینکه لامپ LED حرارت تولید نمی کند، این قطعه الکترونیکی همانند سایر قطعات نیمه هادی هنگام عبور جریان، حرارت تولید می کند که در صورت عدم مدیریت این حرارت تاثیر بدی بر روی عمکرد دیود نورانی خواهد گذاشت.

در مورد LED نکته اینجاست که این تاثیر پس از مدتی خود را نشان خواهد داد و در روز اول مصرف کننده متوجه چیزی نخواهد بود. تولید کنندگان LED در کاتالوگ فنی محصولات خود حداکثر دمای قابل تحمل توسط چیپ LED را ذکر می کنند که اگر این محدوده دما رعایت نگردد باعث افت نور و تغییر رنگ خروجی لامپ می گردد. از طرف دیگر طراحی نامناسب محصول از لحاظ مدیریت گرمایی باعث می گردد که دمای کاری درایور لامپ افزایش یابد و تاثیر منفی آن کاهش طول عمر لامپ می باشد.

از آنجایی که معمولا Heat Sinkها از جنس آلومینیوم می باشند و به نسبت گران قیمت هستند، تولیدکنندگان با احتیاط و صرفه جویی زیادی از آنها استفاده می نمایند، اما به هر حال برای حصول طول عمر مورد نظر محصول، دمای کار باید بر روی نقطه ای تثبیت گردد که از لحاظ Datasheet المان‌های به کار رفته در آن مجاز باشد که این خود مستلزم طراحی مناسب و علمی و محاسبات دقیق است.

اما یک نکته روشن است: لامپ LED به خنک کننده نیاز دارد، پس اگر مشاهده کردید که بدنه لامپی داغ نمی‌شود و حرارت درون آن توسط هیت سینک به بیرون هدایت نمی‌گردد مطمئن باشید که این لامپ دارای طول عمر بالایی نخواهد بود و به مرور زمان میزان و رنگ نور خروجی آن تغییر خواهد کرد، گرچه گرم شدن بدنه نیز به تنهایی دلیل قطعی و کافی برای خوب بودن کیفیت لامپ نمی‌باشد.

اهمیت متریال و توپولوژی هیت سینک در لامپ‌های LED

چه نکاتی در خصوص هیت سینک چراغ‌های تجاری و IP دار وجود دارد؟ چگونه هیت سینک بهتر را شناسایی کنیم؟

همانطور که می‌دانید گرمای تولید شده توسط چیپ LED در لامپ، بوسیله هیت سینک (گرما گیر) به محیط منتقل می‌شود و با این کار دمای چیپ در محدوده مشخصی باقی می‌ماند؛ به این عمل Thermal Management می‌گویند و هیت سینک‌ها بر اساس آلیاژ و شکل دسته‌بندی و مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در تصویر فوق، پنج مدل هیت سینک با آلیاژهای مختلف و همچنین شکل‌های متفاوت با یکدیگر مقایسه شده‌اند. نتیجه تست بطور خلاصه نشان می‌دهد که برخی آلیاژهای نامرغوب با توپولوژی بهتر (تعداد پره‌های بیشتر و تمرکز وزنی در نزدیکی چیپ LED) در مقایسه با آلیاژهای با کیفیت‌تر آلومینیوم رفتار دمایی بهتری نشان می‌دهند و در نتیجه افت نور کمتری ایجاد می‌کنند (نزدیک به ۲% تفاوت) همچنین در توپولوژی و شکل‌های یکسان، آلیاژهای مختلف و عدم تخلخل بدنه آلومینیومی، باعث ایجاد تفاوت در سرعت خروج گرما از لامپ می‌گردد.
در مواردی برخی این تصور را دارند که هیت سینک سنگین‌تر به معنای دفع گرمای موثرتر بوده و در هنگام خرید تنها ملاکشان وزن لامپ می‌باشد غافل از اینکه اگر متریال مناسب در کنار طراحی مناسب گرمایی انجام پذیرد، با ۳۰% الی ۵۰% وزن کمتر هیت سینک، نتیجه‌ای به مراتب بهتر از لامپ دارای هیت سینک سنگین‌تر خواهند گرفت (دمای کاری پایین تر درحین کار و عدم افت شار نوری).

حرارت لامپ ال‌دی‌دی و اتصالات محصور

در گذشته استفاده از لامپ‌های رشته‌ای در محیط‌های بسته و یا در نزدیکی اجسام دیگر همواره با مشکلاتی مانند آتش‌سوزی یا نور کم لامپ همراه بود. این مشکلات با آمدن لامپ‌های کم مصرف کمتر شد ولی لامپ‌های کم مصرف هم مشکلات خود را داشتند. نور غیر یک دست و عمر پایین از جمله مشکلات پیرامون لامپ‌های کم مصرف بودند. اما با آمدن لامپ‌های ال‌ای‌دی ماجرا عوض شد. لامپ‌های ال‌ای‌دی مصرف انرژی پایین و بازدهی فوق‌العاده بالایی دارند و این یعنی میزان بسیار کمی از انرژی را به گرما تبدیل می‌کنند. در این مطلب در رابطه با حرارت لامپ ال‌دی‌دی و امکان استفاده از لامپ‌های ال‌دی‌دی در محفظه‌های محصور صحبت می‌کنیم.

دمای سطح هالوژن ال ای دی ۹ واتی که در یک محفظه محصور (مانند روشنایی‌های سقفی) قرار گرفته باشد به حدود ۵۰ درجه سانتی گراد می‌رسد. دمای سطح یک لامپ کم‌مصرف که بتواند نوری معادل یک لامپ ال‌دی‌دی ۹ وات تولید کند به حدود ۹۰ درجه سانتی گراد می‌رسد و این دما برای لامپ‌های رشته‌ای به ۱۴۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد. برای این که بهتر ماجرا را متوجه شوید لازم است بگوییم که دست انسان می‌تواند دمای ۵۵ تا ۶۰ سانتی‌گرادی را تحمل کند. با این حساب استفاده از لامپ‌های ال‌دی‌دی که دارای هیت‌سینک را می‌توان به راحتی برای اتصال‌های محصور، مثل لامپ‌های درون سقفی استفاده کرد.

نصب محصور و لامپ‌های ال‌ای‌دی

یک محفظه اتصال محصور به هر گونه اتصالی گفته می‌شود که لامپ را در یک محیط بسته قرار دهد، مانند لامپ‌های سقفی. البته برای کلاهک چراغ‌خواب‌ها و آباژور از عبارت محصور استفاده نمی‌کنیم. اتصالات سقفی برای روشنایی مکان‌هایی که روشنایی ملایم و آرام‌بخشی می‌خواهند، مانند اتاق خواب‌ها و سالن‌های انتظار قابل استفاده هستند.

مشکل اغلب اتصالات محصور توزیع گرمای نامناسب است. وقتی گرمای ایجاد شده در حوالی حباب لامپ از یک حدی بیشتر شود، لامپ اصطلاحا دچار «بیش‌رانش» یا overdrive می‌شود که این مسئله در دراز مدت باعث کاهش ثبات نوری و چشمک زدن چراغ می‌شود؛ همچنین بیش‌رانش عمر لامپ را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. از آنجا که حرارت تولیدی لامپ ال‌دی‌دی بسیار کم است، این مسئله در لامپ‌های ال‌ای‌دی چندان اتفاق نمی‌افتد.

نتیجه‌گیری نهایی

وزن هیت سینک و میزان آلومینیوم مصرفی خصوصاً در لامپ‌های خیابانی و چراغ‌های تجاری بسیار مهم و تعیین کننده است. ولیکن وزن بیشتر لزوماً به معنای لامپ با کیفیت‌تر نمی‌باشد و متریال و پروسه ساخت نیز در کیفیت هیت سینک دخیل است. به‌عنوان مثال وجود تخلخل در عمق بدنه آلومینیومی با تست ظاهری مشخص نمی‌گردد و آزمودن کیفیت حقیقی چراغ نیازمند دستگاه‌های نور سنج و گرما سنج می‌باشد. لذا برای جلوگیری از اتلاف هزینه و زمان و همچنین جلوگیری از سوختن مداوم و افت نور، در هنگام خرید به مجموعه‌ای از موارد نشانگر کیفیت توجه نمایید.

این موارد مهم‌ترین نکات مربوط به هیت سینک در لامپ LED به شمار می‌روند. بهترین راه برای آگاهی از آخرین اخبار، متدها و شیوه‌های روشنایی و نورپردازی، مطالعه مجله اکووات است که اطلاعات مرتبط با روشنایی و نورپردازی شما را به روز نگاه می‌دارد. امیدواریم این مقاله برای شما عزیزان مفید بوده باشد.

این مقاله توسط تیم تحریریه اکووات تهیه شده است. اگر از خواندن این مقاله راضی بودید، خواندن آن را به دوستانتان نیز پیشنهاد کنید. همچنین می‌توانید سوالات خودتان را در قسمت کامنت با ما مطرح کنید.

با اکووات همراه باشید.